随着间歇式新能源大规模入网和电网峰谷差负荷的不断扩大，储能系统成为了电力系统“发—输—配—用”四大环节中的重要补充，储能技术作为调峰调频、解决新能源发电并网问题的关键技术之一，受到了越来越多的重视。机械弹性储能技术是近年来出现的一种新型储能技术，采用永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)作为驱动机构，以涡卷弹簧作为储能介质进行电能的存储与释放。本文以永磁电机式机械弹性储能(Mechanical Elastic Energy Storage, MEES)机组储能运行模型以及控制方法为研究对象，主要研究内容如下：
　　首先，构建了考虑涡簧振动模态的永磁电机式MEES机组全系统数学模型。介绍了永磁电机式MEES机组的工作原理，根据机组储能运行的实际情况和柔性负载建模方法，采用Lagrange方程建立了考虑涡簧振动模态适合于控制应用的涡簧动力学方程，改进了传统的涡簧“扭矩—转角”线性模型只关注涡簧的力学特性，很难应用于电机运行控制的不足；在此基础上，建立了计及损耗的永磁同步电动机的电压方程，电压方程中考虑损耗有利于提升驱动系统的运行效率；最终建立了PMSM直接驱动柔性涡簧负载的整体数学模型，并基于机组数学模型分析了储能运行过程中的控制问题，为后续的研究奠定了基础。
　　其次，针对机组储能运行过程中涡簧振动问题，提出了一种基于涡簧振动模态估计的MEES机组储能运行反推控制方法，该方法针对振动模态实际测取过程比较烦琐的缺点，应用最小二乘算法进行涡簧模态辨识，将辨识结果与反推控制相结合，设计了电流控制器以及速度控制器抑制了涡簧储能运行过程中固有谐振的同时，实现了机组平稳储能运行。实验结果表明，设计的最小二乘辨识算法能够准确地辨识出涡簧振动模态；提出的反推控制方法与传统的PI控制相比，能够实现转子参考速度的快速追踪，并且动态性能更佳、响应更迅速，实验验证了所提方法的有效性。
　　最后，针对永磁同步电机铁耗电阻受运行状态会发生变化且影响机组运行效率这一问题，在前面研究的基础上，提出了MEES机组储能运行振动抑制与效率优化的统一控制方法。该方法通过自适应神经模糊推理系统辨识PMSM铁耗电阻，将辨识结果应用于PMSM损耗模型中，同时基于拉格朗日乘子法推导了机组高效率储能运行时的参考电流方程，进而采用反推控制设计出了相应的控制器，实现了机组高效储能运行与振动抑制的统一。实验结果表明，所提方法不仅能够较快地追踪到转子参考速度，抑制了储能过程中的涡簧振动，控制性能也更加优良，而且与不加效率的控制相比损耗更小。
　　机械弹性储能作为一种新型的储能方式，本文通过对永磁电机式MEES机组储能运行过程遇到的建模和控制问题进行研究，研究结果能够推进机械弹性储能技术进展，丰富储能系统理论。