我国电力行业发展迅速,火电机组已经走向大容量、高参数,并且燃煤火力发电在将来很长一段时期仍是主要供电方式。随着可再生能源大规模发展、国家对能源结构调整以及相关政策文件的实施,火电行业在频繁、深度调峰和调频领域面临严峻的挑战。飞轮储能作为一种纯粹的物理储能技术,具有储能密度高、瞬时功率大、响应速度快、使用寿命长等诸多优点。将飞轮储能技术应用于火电机组的调频运行,机组可以在响应速度慢、爬坡速率低的情况下,很好地做到快速准确响应AGC指令。大规模的飞轮储能阵列,可以协助火电机组进行“削峰填谷”,缓解火电机组当前快速调峰、深度调峰的压力,一定程度上避免了因调峰引起的一系列问题,提高机组整体效率和机组使用寿命。本文首先介绍了飞轮储能工作原理与关键技术,针对应用于火电机组调峰调频领域的飞轮储能系统,设计了金属飞轮转子,并建立了飞轮转子有限元模型,采用ANSYS有限元软件对其进行动态特性分析,计算系统固有频率、模态与振型,为充放电控制确定合适的工作转速。其次,对飞轮储能系统的充放电进行了研究,介绍了飞轮储能系统工作过程和永磁同步电机的控制策略,建立了永磁同步双向电机与全功率变流器充电、放电和并网的数学模型,对飞轮储能系统充电与放电并网进行仿真研究。同时,为提升控制性能,对控制策略进行优化,仿真结果表明,本文所设计的控制方法能够有效完成飞轮储能系统的充放电要求。