随着社会经济的飞速发展与全球人口数量的不断扩增,人类对能源的消耗与需求越来越大,随之而来的是能源紧缺与环境污染问题的日益严峻。飞轮储能电池作为一种能够实现能源高效利用的储能装置,具有储能密度大、能量转换效率高、使用寿命长和绿色环保无污染等特点,对能源与环境问题的改善具有非常大的工程应用价值。飞轮储能电池完成能量存储与释放过程的核心部件是能量转换系统,它能够在很大程度上影响飞轮储能电池的使用性能。本课题围绕飞轮储能电池能量转换系统的充放能过程展开研究,主要的研究内容如下:(1)分析了飞轮储能电池的结构组成与工作原理,完成了能量转换系统的硬件设计工作:选择永磁同步电机作为系统的集成电机;确定了电力电子转换装置的电路设计方案。(2)研究了飞轮储能电池充放能控制的方法:在充能控制系统中,采用矢量控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术实现飞轮储能电池的快速充能控制,搭建了转速-电流双闭环反馈控制以提高系统的稳定性与快速响应性,设计了电压前馈补偿器以解决耦合电压对电机调速控制干扰的问题;在放能控制系统中,采用变占空比PWM信号控制的方法实现飞轮储能电池的恒压放能控制,搭建了电压-电流双闭环反馈控制来提高系统稳定性与抗干扰能力。(3)分析了传统PID控制器的工作原理及其在飞轮储能电池控制系统中应用的局限性,由此引出了BP神经网络在复杂非线性控制系统中应用的优越性,并提出了采用BP神经网络对飞轮储能电池充能控制系统进行优化的控制方案,对BP学习算法在实际应用中所存在的不足进行了改进,最后完成了改进型BP神经网络PID控制器的设计与控制算法验证。(4)利用MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了飞轮储能电池能量转换控制系统的仿真模型,分别对飞轮储能电池的充能与放能过程进行仿真分析。仿真结果显示飞轮储能电池在充能过程中转子转速上升较快,达到目标值后转速保持稳定无波动;放能过程中飞轮储能电池的输出电压幅值恒定,且能够快速纠正因负载变化造成的输出电压变化。该结果证明了本文所设计的飞轮储能电池能量转换系统具有较好的充放能性能,控制系统的动态性能好、鲁棒性强。本文通过理论研究与仿真分析的方法对飞轮储能电池能量转换系统的硬件设计与充放能优化控制进行了研究,为飞轮储能电池系统的性能改善与智能化控制提供了有价值的参考。