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飞轮储能系统是一种使用寿命长、功率密度大、循环效率高的机械储能装置，具有可靠性高和响应速度快的优点，适合于需要短时大功率电能输出且充放电次数频繁的场合，在大功率储能技术中具有独特的优点。飞轮储能系统已经在电网调节、新能源发电、交通运输、不间断电源等领域得到应用，是一种具有广泛应用前景的储能方案。永磁同步电机具有功率密度高、运行损耗小以及动态性能好的特性，是飞轮储能系统中常见的电机类型之一。飞轮储能系统中电机经常工作在快速充/放电状态，具有电气频率高、转速范围宽的特点，传统PI控制方案所能达到的性能有限。本文以PWM变流器和永磁同步电机组成的充放电系统为控制对象对飞轮储能系统的控制技术进行研究，具体完成了以下工作: 1.对永磁同步电机充放电系统的模型和运行特性进行了分析和讨论。基于空间矢量概念建立了永磁同步电机的动态模型和PWM变流器的开关模型，详细介绍了空间矢量脉宽调制算法的原理及基于绕组端电压开关周期平均值的优化算法，探讨了PWM调制算法对系统性能的影响。分析了永磁同步电机的运行特性和限制条件，重点讨论了永磁同步电机充放电运行的能量传输特性，以及母线电压、绕组电感、电机转速等关键参数对系统特性的影响，为控制算法的设计提供了理论基础。 2.对永磁同步电机的离散域电流解耦控制算法进行了研究。针对传统PI控制器无法考虑数字PWM变流器固有输出延迟的缺点，从永磁同步电机在静止αβ坐标系中的动态方程出发，利用方程的精确解建立了永磁同步电机的精细离散模型，并提出了离散域中的二自由度复矢量电流控制器设计方案。该设计方法以离散域的复矢量传递函数为基础，将d轴和q轴之间的解耦问题转化为复数域的零极点对消问题，并且利用二自由度控制器结构使得电流环的跟踪特性和抗干扰特性能够分别进行设计，增加了电流控制器设计的灵活性。利用离散域的复数零极点轨迹和频率响应函数等分析工具分别从闭环零极点分布、系统稳定性和抗干扰性能三个角度对控制器的特性进行分析，指出了基于精细离散模型的二自由度复矢量控制方法的优点。数值仿真和实验测试都表明所提控制器设计方案具有较好的稳定性和抗干扰性，能够在宽转速范围内保持性能一致。 3.建立了系统中母线电压的非线性动态模型，针对模型的非线性和系统充/放电功率快速变化的特性，基于浸入不变流形原理设计了母线电压外环的I&I(Immersion and Invariance)自适应非线性控制器。通过Lyapunov稳定性理论分析了控制算法的稳定性以及参数误差对闭环系统稳态特性和暂态特性的影响，证明了闭环系统在平衡点符合全局一致渐近稳定的条件，并且模型参数的误差不会影响系统的平衡点位置。通过数值仿真和实验对I&I自适应控制器的性能进行研究，结果表明该控制算法具有良好的稳定性并能在不同的转速和负载功率下保持控制性能一致。 4.对永磁同步电机的无速度传感器运行方案进行了研究。对极坐标系永磁同步电机转子位置和转速辨识算法进行了改进，从稳态电流的特性出发用虚拟稳态转速取代了转子位置估算公式中的电流微分运算，减小了系统噪声和高频谐波对辨识算法的影响。根据内模原理为转子位置辨识结果构建了高阶跟踪滤波器，能够同时获得低噪声含量的转子位置和转速辨识结果并且不会引入信号延迟。针对永磁同步电机的起动问题，提出了一种瞬时功率反馈I/f起动方法，在保证电流始终处于受控状态的基础上利用电机的瞬时有功功率反馈调节电流矢量转速，能够有效缩短电机转速的收敛过程，提高了电机起动阶段的稳定性。最后基于实验平台对瞬时功率反馈I/f起动方法和极坐标系转子位置和转速辨识算法结合的方案进行了起动、加速实验以及不同初始转速下的放电实验，实验结果验证了该方案的可靠性。