超导体具有诸多奇特的物理性质，如零电阻特性、完全抗磁特性、宏观量子相干效应等，利用超导体的这些特殊性质可以获得强磁场、储存电能、制作超导电力装置、实现磁悬浮以及测量微弱磁场信号等。
超导电力技术主要研究、开发各种超导电力装置、研究含超导装置的电力系统的各种特性，包括电力系统和超导电力装置的相互作用和影响、系统规划、设计、运行、控制、保护等。许多电力装备都可以采用超导体来提高其性能，如输电电缆、电机、变压器和储能装置等，同时还可采用超导体研制出常规技术无法实现的新型电力设备，如超导故障电流限制器等。超导电力装置具有体积小、重量轻、容量大等特点，在电力系统中应用超导技术可提高电机单机容量、提高电网的输送容量、降低电网的损耗、实现电能储存、限制短路电流，因而可以改善电能的质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性，从而为电网向高效安全和超大规模方向发展提供了新的技术途径。
超导电力技术多年来一直受到了世界各国的重视，特别是1986年发现高温超导材料以后，由于高温超导体可以在比低温超导体所需的液氦温区（4.2K）高得多的液氮温区（77K）下运行，高温超导电力装置的研究更是备受重视。同时，由于美国和欧洲近年来相继发生了多次大的停电事故，因而促使西方政府和工业界进一步加快超导电力技术的研究步伐。
1999年，美国开始了SPI（Superconductivity Partnership Initiative）研究计划，开展了如超导电机、超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导磁悬浮飞轮储能等项目的研究，在“美国电网2030”计划中，提出了采用超导电力技术建设骨干电网等建议，美国还在其海军舰船先进电力系统计划中列入了超导推进电机等研究项目。日本在20世纪90年代曾实施了SuperGM等超导电力技术研究计划，并成立了国际超导技术研究中心（ISTEC），其主要电力公司及电机制造厂家均积极参与超导电力技术研究工作。在欧洲，法国、德国、俄罗斯、以色列及印度等都相继开展了超导电力技术研究工作，韩国也于2001年制定了高温超导技术的十年发展规划。中科院电工所在国家“863”计划和国家自然科学基金的支持下，于上世纪90年代初就逐步开展超导电力装置及其应用的研究。目前，包括我国在内的世界各国，在高温超导输电电缆、高温超导故障电流限制器、高温超导电机、高温超导变压器以及超导磁储能系统等研究方面，已取得实质性进展。
超导电力装置的特点及国际发展动态
在超导电力装置方面，国外研究开发的重点主要是高温超导限电缆、高温超导限流器、超导储能装置、高温超导变压器、高温超导电动机以及无功功率补偿用的高温超导同步发电机等。
1.高温超导电缆
高温超导电缆采用无阻和高电流密度的高温超导材料作为载流导体，具有载流能力大、损耗低和体积小的优点，其传输容量将比常规电缆高3~5倍，而电缆本体的焦耳热损耗几乎为零。虽然在交流运行状态下，它也存在磁滞、涡流等损耗，即交流损耗，但超导电缆只要超过一定长度后，即使考虑到低温冷却和终端所需的电能消耗，其输电损耗也将比常规电缆降低20%~70%。另外，高温超导电缆是采用液氮作冷却介质，在结构上还可以使其磁场集中在电缆内部，从而防止对环境的污染。同时，液氮冷却的高温超导电缆不会有漏油污染环境和发生火灾的隐患。随着大城市用电负荷的日益增加，高压架空线深入城市负荷中心又受到许多因素的影响。因此，往往需要采用地下电缆将电能输往城市负荷中心。在这种情况下，采用高温超导输电电缆有明显的优势，是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径。
自20世纪90年代以来，美国、日本、丹麦和韩国等都相继开展了超导输电电缆的研究。2000年2月，美国Southwire公司研制了长30m、12.5 kV/1.25kA三相高温超导电缆，并安装在公司总部供电运行。2001年，日本东京电力公司与住友电工合作，研制出100m、1kA/66kV三相高温超导交流电缆，并进行了冷却、额定电流通电运行、负荷变动、过负荷和耐压等一系列试验。2004年日本Furukawa电气公司和电力工业中心研究所（CRIEPI）等研制了500m长、77kV/1kA单相高温超导电缆，并进行了高温超导电缆在穿越地下、过河、上下坡等不同安装环境下的性能试验。2006年，美国超导公司（AMSC）、SuperPower公司等在能源部和纽约州等支持下，分别研制出200m（13.5kV/3kA）、350m（34.5kV/0.8kA）和660m（138kV/2.4kA）三相高温超导交流电缆，并分别安装在俄亥俄州哥伦布的Bixby变电站、纽约州的Albany和长岛等地并网试验运行。2005年，韩国电力研究所（KEPRI）等与日本住友株式会社合作，研制出100m长、22.9kV/1.2kA三相高温超导交流电缆。墨西哥也计划在墨西哥市建造33m、15kV/1.8kA的高温超导电缆，为用户提供更安全更可靠的电能。
2.超导故障限流器
超导故障限流器主要是利用超导体的超导态——正常态转变的物理特性，实现对故障短路电流的限制。超导故障限流器可融检测、触发和限流于一体，且反应速度快、正常运行时损耗很低、能自动复位，是十分理想的限流装置。1989年以来，美国、德国、法国、瑞士和日本等国家都相继开展了高温超导限流器研究。美国通用原子能公司等已研制成功一台15kV/1.2kA超导故障限流器，它可将最大短路电流从20kA限制到4kA，即将短路电流限制到20%。瑞士ABB研究中心一直从事屏蔽型超导故障限流器的研究， 1996年成功地研制出一台用Bi2212材料制成10.5kV/70A屏蔽型三相高温超导限流器，该限流器能在第一个半周波内将短路电流从60kA限制到700A，1997年它已安装在Lontsch变电站进行试运行。
2002年，瑞士ABB研究中心又用Bi2212材料研制出0.8kA(rms)/8kV电阻型高温超导限流器，它可以将短路电流从20kA(rms)限制到2.7kA(rms)，该限流器已在瑞士Baden的电力实验室试验成功。1999年，德国西门子公司与加拿大Hydro-Quebec电力公司合作完成了利用YBCO薄膜研制0.77kV/135A电阻型限流器。他们在此基础上将进一步研制1.0MVA电阻型限流器。德国卡尔斯鲁厄研究中心技术物理研究所和Nexans公司等合作，用Bi2212材料研制了10kV/10MVA电阻型三相高温超导限流器。
3.超导变压器研究
在超导变压器研究方面，ABB研究中心于1997年4月研制出一台630kVA、18.7kV/420V三相高温超导变压器，并安装在日内瓦电力公司下属电厂进行测试和试验运行。与此同时，日本九州大学与富士公司等合作研制出一台单相500kVA、6.6kV/3.3kV的高温超导变压器，该变压器运行于77K时，效率达99.1%。当该变压器运行于66K时，容量可提高到800kVA，效率可达99.3%。1998年初，美国电力公司、IGC公司、橡树国家实验室和Rochester燃气电力公司等合作研制完成1MVA单相高温超导变压器样机并成功地进行了试验。随后，又计划合作研制出容量为30MVA、138kV/13.8kV、60Hz的三相高温超导变压器样机，因为这种容量和电压等级的变压器约占美国今后20年中等容量变压器销量的50%。2001年，德国Siemens公司也研制、试验成功用于铁路机车的1MVA高温超导变压器样机。
4.超导电机
超导电机是采用超导线材取代常规的铜导线绕制电机的励磁绕组或电枢绕组。由于超导线的电流密度要比铜导线高约2个数量级且几乎无焦耳热损耗，因此超导同步发电机的效率可比常规电机提高0.5%~0.8%；电机的整机重量可减少1/3~1/2，且体积小。同时，电机同步电抗可减小到原来的1/4，从而提高了电机的运行稳定性；它还可省去铁芯，使电机的电枢绕组对地绝缘水平大大提高。另外，由于气隙磁通密度可比常规电机大数倍，单机容量可达百万千伏安以上。
但是，由于超导绕组必须运行在液氦或液氮温区，同时又因超导绕组电流密度大，给电机的设计、制造和运行带来一系列新的技术问题。例如，大电流密度和高磁场的超导电机绕组设计和电磁计算，超导绕组的阻尼屏蔽结构，超导绕组的稳定性和失超保护，超导绕组低温容器的真空绝热和密封技术，超导绕组冷却技术，以及高速旋转下冷却介质输运技术等都需要研究和解决。
迄今为止，所研制的超导同步发电机只是转子励磁绕组采用超导线圈，电机的定子绕组一般仍然采用常规的铜绕组。这是因为电机的定子绕组是在50Hz工频下运行的，而超导体在交流运行条件下存在交流损耗。日本自1988年开始进行超导同步发电机研究，已研制出一台励磁绕组采用NbTi超导线绕制的70MVA超导同步发电机。这台电机采用超临界氦冷却，并于1997年成功地进行了试验。原计划准备在这基础上进一步研制200MVA超导同步发电机，但至今未进行。
1996年，美国Reliance电力公司（REC）成功研制出一台转速为1800r/min的四极高温超导同步电动机，其高温超导线圈是在27K下运行。经试验，该电动机输出功率达147kW（比设计的92kW高出60％），其效率达97.1%。1997年，REC开展了3.7MW（5000马力）的四极高温超导电动机研究工作，目前已完成该机研制工作。2003年，美国AMSC公司和ALSTOM公司研制成功5MW高温超导单极电动机，并在模拟船舶上进行了测试。美国AMSC公司目前正在进行36.5MW、转速120r/min的船舶推进用高温超导电动机研制。美国海军期望未来的作战舰艇能使用包括高温超导电机、超导限流器、超导电缆、超导变压器在内的高温超导电力系统，美国空军也计划在新一代飞机中使用超导电机。
5.超导磁储能
超导磁储能（SMES）是利用超导线圈作储能线圈，由电网经变流器供电励磁，在线圈中产生磁场而储存能量。需要时，可经逆变器将所储存的能量送回电网或提供給其他负载用。由于超导储能线圈几乎是无损耗的，因此线圈中储存的能量可以长久储存而几乎不衰减。与其他储能系统相比，超导磁储能具有很高的转换效率（可达95％）和很快的反应速度（可达几毫秒）。正因为如此，超导磁储能装置不仅可用于调节电力系统的峰谷，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性。此外，它还可用于无功和功率因素的调节以改善系统的稳定性。
在20世纪70年代，美国等主要致力于大型超导储能技术的研究，其目的是用于电力系统负载调节和其他如军事应用。在70年代末，美国曾研制出一台30MJ超导储能装置并安装在西海岸的一条500kV输电线路上，用以消除其0.35Hz负阻尼振荡和提高其输送功率。试验取得了满意的结果，但因低温系统达不到运行要求并出现故障，致使该储能装置没能继续运行。80年代，美国军方提出一个研制20.4MWh的超导储能工程实验模型计划，并开展了预研工作，后因冷战结束，该计划也随之中止。90年代，美国为改善阿拉斯加电网的可靠性，曾提出研制1.8GJ超导储能装置计划，该项目完成了设计并开始进行预研。后因经费等原因，研制计划中止。
目前，超导磁储能的研究主要是开发微型超导储能装置的实际应用。美国、德国和日本等提出了开发100kWh等级的微型超导储能装置的建议，如用于磁浮列车、计算机大楼和高层建筑等用的超导储能系统；德国、意大利和韩国等也都在开展了微型超导储能装置的研究。美国IGC和AMSC公司的微型超导储能装置（1～10MJ）已经商品化，AMSC公司目前正在开发一种新的配电SMES（D-SMES）用于功率调节。
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