飞轮储能因其维护周期长、充放电速度快、能量密度高的优点在电网调频调峰、不间断电源UPS、轨道交通、高功率脉冲电源等领域逐渐受到关注。飞轮储能系统主要包括了飞轮、电动发电机、轴承系统、功率变换器和真空保护腔等部分。其中,电动发电机和功率变换器是本文的研究重点。本文采用了一种新型的自轴承式双定子实心转子轴向磁通异步飞轮电机用作电动发电机,该电机集成了旋转电机与轴向推力磁轴承的功能。本文还采用了背靠背式双PWM变换器用作功率变换器,实现电能的双向流动和电机的四象限运行。首先,本文介绍了自轴承式双定子实心转子轴向磁通异步飞轮电机的基本结构和运行原理,详细推导了电机双边磁拉力和电磁转矩的数学模型。根据所建立的数学模型,采用了轴向位移PD调节器并设计了调节器参数,以满足实心转子轴向运动的稳定性要求。本文采用了基于气隙磁场定向的矢量控制策略,实现了在气隙磁场定向下电机双边磁拉力和电磁转矩的解耦控制。搭建了MATLAB仿真模型和实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。其次,针对电压外环电流内环结构的直接电流矢量控制策略的不足,本文采用了电压平方外环功率内环结构的定频直接功率控制策略。为了提高飞轮储能系统的动态响应和减小母线容值,本文采用了负载功率前馈补偿的协调控制策略,并分析了其提高抗扰性能的控制原理。仿真和实验结果验证了带负载功率前馈补偿的直接功率控制的有效性。