规模化可再生能源接入电网已成为现代电力系统的发展趋势，但是新能源的间歇性和不可控性将对传统电力系统发电侧与负荷侧间的瞬时功率平衡造成冲击，发展储能技术是保证系统功率平衡的重要措施。以涡簧为储能介质的机械弹性储能技术(Mechanical Elastic Energy Storage, MEES)是近年来提出的一种新型储能技术。本文以推进机械弹性储能技术的实用化为出发点，对机械弹性储能机组储能运行的全系统模型和控制策略进行了研究。论文的主要工作如下：
　　(1)建立了包含涡簧(Spiral Torsion Spring, STS)、永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)和变流器在内的永磁电机式机械弹性储能全系统数学模型。根据机组模型和运行工作原理分析得到了储能运行时需要解决的机组控制问题，为后文控制方法的设计提供了理论基础。
　　(2)提出了一种定子电流矢量定向下基于反推控制的闭环I/f控制方法。永磁电机式机械弹性储能机组是一个高度耦合的非线性系统，实现对电机转速?r的控制，也就实现了对涡簧转角的控制。文章首先建立了定子电流矢量定向下永磁同步电机的数学模型，在分析了传统开环I/f控制方法的基础上，利用非线性反推控制设计并得到了闭环I/f控制器的电压控制方程；随后基于最小二乘原理设计了一种带遗忘因子的PMSM转速辨识方法，实现了对电机转速的实时跟踪；最后，基于预测控制原理设计了一种控制参数的寻优方法，有效解决了闭环I/f控制方法中控制参数难以确定的问题，改善了控制效果。仿真结果表明，在闭环I/f控制器的作用下，机组启动平稳并能够平滑切换至稳定运行状态，机组的各运行参数均能快速收敛于参考值，实现了永磁电机式机械弹性储能机组平稳运行、高效储能。
　　(3)针对机组运行时存在的涡簧振动和PMSM电磁转矩脉动问题，提出一种基于闭环I/f控制框架的机组运行性能综合优化控制方法。首先建立了考虑振动模态的永磁同步电机直接驱动涡簧的动态数学模型，在此基础上引入磁共能模型下的PMSM电磁转矩方程，确定了实现转矩脉动最小的定子电流约束条件；然后利用反推控制和最小电流约束条件设计得到改进的电压控制方程，实现了基于I/f控制框架的机组运行性能综合优化控制方法的设计。仿真及实验结果表明，在综合优化控制器的作用下，涡簧的振动和PMSM的电磁转矩脉动均得到了较好地抑制，机组各项运行参数能快速收敛于参考值，转速输出平稳。
　　(4)在机械弹性储能机组原理性样机上对控制方法进行储能运行实验，实验结果表明，提出的控制方法能够有效提升机械弹性储能机组的整体控制性能，有效解决了机组在实际运行中遇到的涡簧振动和PMSM转矩脉动这两大问题。通过本文的研究，进一步推动了机械弹性储能技术的实用化。