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同步电机惯性储能系统储能密度高、功率密度大、循环寿命长、功率因数可控，在风力发电系统、微网、脉冲功率电源等领域得到越来越多的应用。特别是电励磁同步电机由于其转子抗拉强度高且无去磁效应、经济性好等特点，适合于较大功率场合。本文以惯性储能电励磁同步电机为研究对象，对其在系统储能过程中的调速控制、发电过程中的系统直流母线电压控制、单位功率因数运行和转子励磁控制等关键问题开展深入研究，对提高同步电机惯性储能系统储能放电效率具有重要理论和实际意义。 针对电励磁同步电机在加速储能过程中外部电源功率及电流定额的限制，本文基于转子磁场定向控制的直轴电流isd=0方式，将恒转矩控制、恒功率控制与转速闭环控制相结合，提出一种改进型加速储能控制策略，即电机起动及低速阶段采用恒转矩控制模式，电机功率达到定额时采用恒功率控制模式，电机转速接近储能额定转速时采用转速闭环控制模式。针对上述不同控制模式切换过程中电机电流、转矩波动问题，提出一种平滑切换控制方法抑制了电流、转矩波动。结果表明:在外部电源的功率及电流定额内，提出的改进型控制策略可将储能时间缩短为既有的三分之一。 惯性储能系统放电过程中要求快速输出负载所需功率的同时，保持直流母线电压的基本恒定。本文提出了一种电励磁同步发电机直流馈电稳压控制策略，即将直流母线电压作为外环控制对象，通过强制定子直轴电流为0及实施恒定励磁电流控制，维持放电过程中电机气隙磁链、端电压不变。另外，论文采用小信号线性化方法，得到放电过程中负载扰动下的系统小信号控制模型，提出一种新型功率前馈控制策略，从理论上完全消除负载变化对直流母线电压的影响。结果表明:采用以上方法，惯性储能系统放电过程直流母线电压仅有4％的跌落，满足负载功率需求。 为了使大功率惯性储能系统放电运行过程中保持较高的功率因数、提高输出有功功率，电励磁同步电机可通过定子磁场定向方式或励磁调节方式控制功率因数。但传统方法多依赖于电机参数，对参数变化敏感度高。本文提出一种基于转子励磁电流控制的新型单位功率因数控制策略，即依据电机单位功率因数发电运行时的矢量图，设计转子励磁电流进行闭环控制系统;对电机定子三相电流分别进行闭环控制，无需观测电机磁链。结果表明:与传统的isd=0策略相比，新型单位功率因数控制策略使电机功率因数由0.7提高至0.97，视在功率减少28％。 发电机电磁功率与负载需求功率之间的供需失衡会引起直流母线电压波动，对惯性储能电机电磁功率的控制即为对其转矩的控制。本文提出一种惯性储能系统直流馈电直接控制策略，即将直流母线电压作为外环控制对象，将空间矢量调制型直接转矩控制内核引入内环控制中，以快速控制电机功率并维持直流母线电压基本恒定。同时，提出一种新型混合模型磁链观测器，实现了传统电压模型与电流模型观测器的优势互补，提高了对参数变化的抗扰性。结果表明:该方法实现了直流母线电压的基本恒定，与提出的新型单位功率因数控制策略相结合，可使电机的功率因数达到0.96。最后，论文分析了直接控制策略在内环调节器的设计、对电机参数变化的敏感度、电机稳定运行范围与外环动态性能方面的特点与适用范围。