随着化石能源危机、大气污染等问题的日益突出,近年来世界范围内新能源发展十分迅猛。风力资源较为丰富且风电在价格、表现以及可靠性上日益具有竞争力,风电已逐渐占据全球新能源发电的主要市场。由于风速具有随机性和间歇性等特征,导致风机出力不平稳,因此无论对小型独立风电系统还是大型并网型风电机组,应用储能装置对确保负载安全工作、提高供电质量都具有不可或缺的重要作用。相比化学电池蓄能、抽水储能、超级电容储能等,飞轮储能具有储能密度大、使用寿命长、对环境要求低及维护成本低等优点。本文针对飞轮储能系统及其在风力发电系统应用特性开展建模和仿真研究,选题具有较好的现实意义。本文在论述风力发电系统和飞轮储能系统原理和有关数学模型的基础上,给出了应用于风力发电系统中的飞轮储能系统整体拓扑结构;在MATLAB/Simulink环境下分别建立了风电发电系统和飞轮储能系统的仿真模型;将飞轮储能装置应用于独立型风力系统和并网型风力系统,针对两种情况分别进行仿真建模,对系统的运行特性进行深入分析。考虑到飞轮在运行时有三种工作模式:充电模式、放电模式以及保持模式,本文飞轮充电系统采用速度电流双闭环控制,通过速度控制模块、霍尔信号测量模块等实现电流的闭环控制;放电过程采用电压外环、转速内环的双闭环控制,同时随着飞轮本体的转速下降,反电势下降,为了保证机端电压的稳定,加入升压斩波电路稳定输出电压。本文仿真研究结果表明:对独立风力系统,在直流负载端接入飞轮储能装置,当风速较大时可储存多余能量,当风速小供电不足时通过飞轮释放电能,可保证负载在额定电压下正常工作;对并网型风力发电系统,当风机并网功率波动较大时,通过在网侧前并入飞轮储能系统补偿有功无功功率,可有效缓减对系统冲击。