Los sistemas de almacenamiento de energía de volante (FESSs) son ampliamente utilizados para la regulación de potencia en parques eólicos, ya que pueden equilibrar la potencia de salida de los parques eólicos y mejorar la tasa de conexión a la red eléctrica eólica. Debido al entorno complejo de los parques eólicos, es costoso y lleva tiempo depurar repetidamente el sistema en el sitio. Para ahorrar costos de investigación y acortar los ciclos de investigación, se construyó un sistema de prueba de hardware en bucle (HIL) para proporcionar un entorno de prueba conveniente para la investigación de FESSs en parques eólicos. El enfoque de este estudio es la construcción de modelos matemáticos en el sistema de prueba HIL. En primer lugar, se establece un modelo matemático del circuito principal de FESS utilizando un método jerárquico. En segundo lugar, se analiza el principio del motor síncrono de imanes permanentes (PMSM) y se establece un modelo matemático dq no lineal del PMSM refiriéndose a la relación entre la inductancia del eje d, la inductancia del eje q y el cambio de flujo del imán permanente con respecto a la corriente del motor. Luego, se establecen los modelos de prueba de la red eléctrica y del parque eólico. Finalmente, los modelos matemáticos establecidos se aplican al sistema de prueba HIL. Los resultados experimentales indicaron que el sistema de prueba HIL puede proporcionar un entorno de prueba conveniente para la optimización de algoritmos de control de FESS.