城市轨道交通能够有效缓解城市交通拥堵问题,近几年来得到了迅速发展。但传统城轨交通供电系统多采用二极管整流方式,存在再生制动能量浪费、接触网电压波动大的问题,通过引入飞轮储能系统（Flywheel Energy Storage Systems,FESS）能够有效回收再生制动能量,稳定接触网电压。然而目前对飞轮储能系统控制策略的研究还较少,本文综合考虑飞轮储能系统的节能稳压功能与能量管理需求,设计了单飞轮储能系统控制策略;针对单飞轮储能系统容量较小的问题,采取了飞轮储能阵列（Flywheel Energy Storage Arrays,FESA）的解决方案,并提出了两种不同的飞轮储能阵列控制策略。基于建立的飞轮储能阵列仿真和实验平台,验证了本文所提控制策略的正确性。首先,搭建了带飞轮储能系统的城轨交通供电系统模型。分析了传统城轨交通供电系统的运行特性,建立了牵引变电所和城轨列车的等效电路模型;阐述了飞轮储能系统的结构和原理,建立了飞轮储能系统数学模型。搭建了城轨交通地面飞轮储能系统仿真平台,为后续研究奠定了理论基础。其次,设计了单飞轮储能系统控制策略。主要包括面向飞轮储能系统的永磁同步电机控制和飞轮储能系统能量管理两个部分:永磁同步电机在非弱磁与弱磁运行区域分别采取最大转矩比控制和电流超前角弱磁控制方式,以降低飞轮储能系统损耗并保证其在高转速时的输出功率;综合考虑飞轮储能系统节能稳压与能量管理的需求,设计了基于多阈值的单飞轮储能系统控制策略,引入释能模式提高了系统节能稳压性能,并利用SOC管理模块将飞轮转速控制在合理范围内。然后,提出了飞轮储能阵列控制策略。由于单飞轮储能系统容量较小难以满足列车再生制动能量利用需求,本文采用了飞轮储能阵列的解决方案。针对飞轮储能阵列的协同控制,分别提出了基于转差修正控制和基于“电压-转速-电流”三闭环控制的飞轮储能阵列控制策略,实现了飞轮储能阵列的能量管理与转速均衡,并通过仿真对比了这两种控制策略的效果。最后,搭建了实验平台,进行了实验验证。搭建了由三个333k W飞轮单元构成的1MW飞轮储能阵列实验平台,利用PWM变流器模拟城轨列车牵引制动工况,完成了1MW飞轮储能阵列控制策略的实验验证。实验结果证明了本文提出的飞轮储能阵列控制策略的有效性。