飞轮储能系统在不间断电源、小型孤岛电网调峰、脉冲电源、电网安全稳定控制、电能质量治理、车辆再生制动等领域有着广阔的应用前景,近年来一直是研究的热点。飞轮储能储能系统是典型的机电一体化设备,主要包含高速电动／发电机、轴承支撑系统、大功率电力变换设备、复合材料转子等难点技术。本文主要工作是飞轮储能系统中80kw/30000rpm的表贴式高速永磁无刷直流电机的设计与系统的充放电控制的仿真研究。高速电机具有转速高,磁通频率高的特点,首先,介绍了高速电机在设计中材料、电磁负荷、主要尺寸、绕组等参数的选择特点,高速电机的设计涉及机械、电磁、热等多个学科,给出了高速电机的设计流程,强调需要重点分析电机损耗、转子强度等问题。使用2D简化模型对电机转子强度进行分析,根据解析理论编写了基于Matlab/GUI的转子强度分析程序,使用解析法研究了过盈量、保护套筒厚度对转子强度的影响,并使用Ansys有限元法对转子强度进行了验证,证明解析法的正确可靠。然后分析了高速电机的主要损耗,重点对转子涡流损耗进行了研究：分析了定子槽口宽度、气隙长度、护套厚度等参数对转子涡流损耗的影响,减小定子槽口宽度、增加有效气隙长度、减小护套厚度可以降低涡流损耗。对上述三个因素进行正交分析,得出了气隙有效长度对减小转子涡流损耗最为有效,而保护套厚度对转子涡流损耗影响最小的结论。最后对飞轮储能系统的充放电控制策略进行仿真研究。充电过程采用转速、电流双闭环控制,电流内环是电流滞环跟踪控制；放电电路为Boost升压电路,采用电压反馈闭环控制。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果表明设计方案合理、可行。