随着常规能源日益枯竭和环境污染日趋严重,新能源技术业已成为全球经济增长以及能源可持续发展的新引擎。然而,风能等可再生能源具有较强的间歇性及波动性特征,给储能的发展带来了重大挑战与机遇。压缩空气储能因其具有寿命长、容量大、成本低、环境污染小等优点而备受关注,非常适合用于风电系统中。本文以一种新型风力压缩空气系统为对象,设计了其电气控制系统及能量管理策略,以提升其稳定性及综合能量利用效率。相比于传统风能-压缩空气储能耦合系统结构,本设计采取的机电混合耦合方式在可行性和灵活性具有更加良好的表现,提高了系统响应速度和运行总体效率。但对于系统控制也提出了更高的要求,尤其在电机控制当面。系统平台中的两台永磁同步电机需要实现四象限运行来满足系统工作于不同运行模式下的需求。本文完成了在MATLAB/Simulink环境下的基于id=0的永磁同步电机矢量控制仿真分析和基于硬件在环设备dSPACE的永磁同步电机控制系统的验证,方便后续工作模式的优化控制奠定了基础。本文在确定了微型风力压缩空气储能系统拓扑结构的前提下,研究了系统运行过程中存在的工作模式和优化控制策略。系统存在的主要工作模式有:独立风电模式、压缩储能模式、膨胀释能模式、卸荷保护模式。针对不同的工作模式,本文研究了相应的优化控制方法:对于风力发电机的控制,采用最大功率功率点跟踪(MPPT)控制策略,保证系统捕获的风能为当前风速下的最大值;对于涡旋机的控制,采用最大效率跟踪(MEPT)控制策略,针对不同耦合方式设计了机械压缩和电压缩的选取准则,提高系统整体运行效率;对于系统卸荷保护控制,采用母线电压和功率双重控制策略,既可以快速实现多余风能的卸荷,也避免了卸荷装置的频繁切入和切出。针对微型风力压缩空气储能系统的能量管理问题,制定了能量管理的基本原则和执行策略,保证系统在多变工况下能够平稳运行。本文研究了基于转速预同步和转矩预同步的模式切换策略,减小系统工作模式切换过程引起的转矩冲击问题。通过整体系统仿真结果,验证了理论分析和管理策略的有效性。最后,设计并搭建了微型风力压缩空气储能系统试验平台,并利用试验平台设计实验进行理论验证。实验结果表明,在整个试验区间内,压缩储能模式与膨胀释能模式最大效率均超过40%,验证了所提理论的有效性。