随着化石燃料的不断燃烧而导致经济与环境问题的日益严重,大规模的储能技术是解决风能、太阳能等可再生能源的波动性问题行之有效的方法。压缩空气储能在众多储能方式中具有不受地理限制、储能效率高、经济性能高的特点,因此有望成为最具前景的储能方式之一。本文首先对压缩空气储能系统的原理和组成部分做了比较详细的介绍,分别建立了涡旋压缩机、石子填充床、储气室、涡旋膨胀机、超级电容单元以及PWM与永磁发电机一体化模型。由Matlab数值计算方法求解了填充床内流体一维非稳态导热-扩散两相模型的偏微分方程,并利用ANSYS FLUENT仿真软件对填充床蓄冷蓄热过程进行了仿真研究,得到了适用于控制系统建模的数学模型;建立了涡旋压缩机几何模型,腔室内气体质量动态方程,主轴运动方程和腔室内气体压力动态方程;结合理想气体的状态方程和能量守恒方程,以储气室内气体体积为控制变量,得到了储气室内气体温度,压力和质量的状态方程;根据能量守恒方程和质量守恒方程得到关于涡旋膨胀机腔室内气体的压力,温度,质量和腔室内气体瞬态体积变化的状态方程以及PWM与永磁发电机一体化模型;其次文章介绍了单输入单输出与多输入多输出精确线性化的理论和方法,并以储气室作为被控对象,设计了精确反馈线性化控制器,仿真实验研究了在输入端施加阶跃信号后改变进气阀和出气阀开度能够使储气室内气体的温度和压力迅速回到平衡点;紧接着文章介绍了基于Matlab通过C语言接口函数和Fluent的UDF扩展功能实现了两个软件接口,并在Gambit与Matlab中分别搭建了储气室模型和控制器模型,实现了两个软件之间的协同仿真。最后主要研究了压缩空气储能与超级电容混合膨胀发电系统最优跟踪控制,并且基于最优跟踪控制理论利用精确反馈线性化的方法为超级电容单元设计了状态反馈精确线性化最优控制率,用于平滑在启动、停机与突加负载时刻电网负荷引起功率的剧烈变化,同时利用最优控制理论为PWM与永磁发电机一体化模型设计了最优控制率,跟踪某地24小时的负荷曲线。仿真实验表明基于精确反馈线性化最优跟踪控制的理论和方法能够充分发挥压缩空气储能与超级电容各自的优势,实现了电网负荷的快速寻优和跟踪。本文的最后对压缩空气储能系统未来研究工作的重点以及压缩空气储能系统在新能源领域的运用进行了展望。