近年来,随着大容量高比例的风电系统接入电网,火电空间被大量挤占,严重削弱了电力系统转动惯量支撑的能力,电力系统因此失去了应对低频冲击的缓冲器,导致风电大规模并网引发电网系统的频率波动。飞轮储能技术因其响应速度快、转化效率高以及充放电次数基本不受限制等优势,非常适用于风电系统一次调频控制。因此,本文针对风力发电大规模并网引发电网系统频率波动的问题,采用在风电场交流出口处接入飞轮储能装置,从而提高风电的电能质量,减少风电弃风情况的发生。首先,本文分析了风电系统的输出特点,并指出了风电系统在大规模电网运行对系统频率造成的影响。通过对现有储能技术的对比分析,得出飞轮储能具有冲击功率特性,具备瞬时大惯量支撑的能力,可为风力发电提供瞬时功率支撑,能够协助电网系统躲过瞬时低频冲击,维持电网系统的正常供电。对此提出了一种基于飞轮储能的风电场调频控制策略。其次,分析了飞轮储能装置的工作机理,并建立物理模型和数学模型。通过对飞轮储能运行方式和工作特点的分析,得出了基于永磁同步电机的飞轮储能系统。并对永磁同步电机从电气和机械两方面进行了分析,提出了永磁同步电机电压矢量控制方法,从而实现对电机转矩的精准控制,使储能系统能够紧跟电网频率变化实现充/放电运行。第三,通过对飞轮储能网侧变流器和机侧变流器的重点分析,提出了储能系统网侧变流器采用电压定向矢量控制,以保持直流母线电压恒定,使能量能够在机侧和网侧之间正常流通;机侧变流器采用电流矢量控制,使系统具备较好的灵活性能。并通过逻辑关系对飞轮电机的转速进行了限制,以保证储能设备的使用寿命和安全性能。最后,从经济性和风电运行安全性两方面分析了风储两种连接方式,得出了飞轮储能连接在风电场交流出口处的方案。通过Matlab/Simulink仿真平台搭建了风电和飞轮储能的系统模型,并对风储并网运行进行了实验分析,验证本文所提控制策略的有效性和正确性。