飞轮储能系统依靠高转速大惯量的转子飞轮实现惯性储能,具有储能密度大、可靠性高、生命周期长等优点,在航天航空、军工国防等领域获得重要应用。电动机驱动系统是飞轮储能系统的核心部分,主要用于完成高转速大惯量转子飞轮的快速储能与变速驱动,其性能好坏影响着储能系统的实用性、高效性和可靠性。本项目所研究的飞轮储能系统不同于一般的储能系统,它要求高储能(≥18MJ),并运行于脉冲模式(20Hz重复输出),这些对驱动电动机及其控制系统提出了新的挑战。其高储能的特点要求储能飞轮高转速大惯量,这会使驱动系统难以快速调节;而脉冲输出模式造成储能飞轮转速频繁快速变化,这要求驱动系统具备很强的对抗冲击能力。开关磁阻电机驱动系统相比于其它电气驱动系统,具有结构简单、运行范围广、控制参数多、驱动电路可靠等优点,更能满足本项目飞轮储能系统的特殊要求。基于此,本文针对18MJ脉冲储能系统,开展了用于高转速大惯量飞轮负载的开关磁阻电动机变速驱动系统的研究,以实现大惯量飞轮的快速驱动,并在6分钟内完成预期储能。首先,对开关磁阻电机驱动系统进行了理论研究。其次,对开关磁阻电机驱动系统进行了仿真分析,优化设计了电机额定转速和额定功率;阐明了稳态时的电流斩波值、开通角、关断角、电压对电机性能的影响,实现了控制参数的优化,从而确定了驱动系统最佳控制参数;搭建了开关磁阻电机驱动系统的动态仿真模型,验证了控制参数的合理性,实现了电流斩波、角度控制及斩波角度组合等多种控制方式的分析研究,据此,提出了基于定角度斩波(CCC1)、变角度斩波(CCC2)和角度控制(APC)的综合控制策略。同时,开展了基于“DSP+CPLD”的开关磁阻电机控制器硬件设计工作,并以电流内环、转速外环的双闭环控制思路进行了软件设计。最后,基于提出的控制策略,对开关磁阻电机驱动系统进行了实验研究,试验表明储能系统可在5分钟内将飞轮驱动至10500r/min,完成18MJ惯性储能,满足了项目对高转速大惯量负载快速起动和变速驱动的需求。