飞轮储能(FES)作为一种新型的储能方式，具有能量密度高、充放电迅速、效率高、寿命长和无污染的优点，具有广泛的应用前景。特别适用于解决风能的随机性、波动性问题，实现风力发电系统(WEGS)电能的平滑输出，使大规模风电可以安全可靠地接入常规电网。对FES单元的数学模型、充放电控制进行深入研究具有重要的理论意义和工程应用价值。　　本文针对FES在WEGS中的应用，研制了一台FES单元样机，对其充电过程和放电过程的调制方法分别进行优化，并分别设计了基于小信号模型的PID控制器和基于径向基函数(RBF)神经网络的智能控制器。构建了MATLAB仿真系统和实验平台对理论分析进行验证，为FES技术的发展和工程应用提供理论基础和技术支持。论文主要研究内容和取得的成果如下:　　系统地介绍了课题的研究背景和意义，全面分析了国内外FES技术的研究现状。详细地阐述了现有的几种电机驱动FES单元的控制策略和控制技术，重点总结了永磁无刷直流电机(BLDCM)驱动FES单元的拓扑电路及控制方法。　　确立了直驱式WEGS采用背靠背式的主电路拓扑结构，将FES单元并联至直流母线上。对风速、风力机、发电机、并网侧和FES单元分别建立了数学模型，采用Buck电路控制直流电机(DCM)的电枢电流从而模拟风力机的转速-转矩特性。　　设计并制作了一套基于机械轴承的、采用BLDCM驱动的FES单元，对其在10，000 r/min转速以内的损耗进行了测量，分离了电损、风损和轴承损耗三种主要损耗。对处于不同待机转速的FES单元以恒功率放电方式转化为电能的有效能量和经历不同待机时间的能量利用系数进行了计算分析。　　分析了不同调制方式对FES单元直流侧电流和相电流的影响，分别选择PWM_ ON_ PWM调制方式和PWM_ON调制方式进行充放电。建立了FES单元能量回馈时的平均值模型，分析了多个物理量对直流母线电压的影响。采用MATLAB/Simulink对FES单元的充放电过程分别进行了仿真验证。　　对发电机侧变流器进行转速-电流双闭环控制以实现发电机的最大风能跟踪(MPPT)运行，对电网侧变流器的电流环进行比例复数积分(PCI)控制。对FES单元建立了小信号模型，设计了含惯性环节的PID控制器。为获得适用范围更广的控制器，构建了基于RBF神经网络的智能控制器。采用MATLAB/Simulink对这两种控制器的效果分别进行了仿真验证。　　搭建了FES技术应用于WEGS的实验系统平台。采用双DSP和双口RAM为核心处理单元构建数字控制系统，采用模块化结构编写控制系统软件程序。对FES单元稳定WEGS直流母线电压的作用进行实验研究，分别验证了PID控制器和RBF神经网络控制器的控制效果。为FES技术的发展和工程应用提供了理论基础和技术支持。