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太阳能和风能易受环境因数的影响,具有间歇性与随机性的特点,使得其发电功率难以预测。当此类新能源大量并入电网时,这种输出功率的不确定性会影响系统的电能质量(谐波、电压波动和闪变等),严重时甚至会导致整个系统崩溃。电力弹簧(Electric Spring,ES)是针对此类问题所提出来一种新型功率补偿装置,它改变了电力系统发电量受制于用电量的传统运行模式,实现用电量自动匹配发电量的运行新模式,有效地解决光伏发电和风力发电大面积并网时功率波动对系统造成的冲击性影响。本文以单相交流ES为研究对象,针对ES在新能源发电系统中应用的典型问题进行研究,内容涉及工作原理、数学建模、控制算法和软硬件平台等方面。本文的主要研究内容如下:(1)简述了选题的背景以及意义,从ES的拓扑结构、控制方法和其他相关研究三个方面详细叙述了国内外的研究状况;(2)提出一种基于前馈解耦的功率控制方法,建立单相ES在不同坐标系下的数学模型。针对ES结构的特殊性,在传统的功率解耦控制中引入滤波电容电压内环,以达到PCC输入有功和无功功率解耦的目的,同时详细阐述了控制器各参数的设计方法,最后基于MATLAB/Simulink仿真平台和TMS320F28335 DSP的实验平台验证所提方法的正确性。(3)提出一种基于重复控制与状态反馈的ES复合控制方法,采用重复控制器提高状态反馈波形跟踪的稳态性能,利用状态反馈提升重复控制器的动态性能。给出ES在离散域的数学模型,详细叙述了基于重复控制与极点控制的ES复合控制器中各参数的设计方法,最后基于MATLAB/Simulink仿真平台和TMS320F28335 DSP的实验平台验证所提方法的正确性。(4)提出一种多个ES的协调控制策略,分析多个ES缺乏协调策略运行的弊端,引入下垂控制动态修正各ES的参考电压以实现多个ES的协调运行;针对微网的孤岛运行改进底层功率解耦控制算法,增加电压以及频率调节环节;最后基于MATLAB/Simulink仿真平台验证该策略的正确性。(5)搭建了一套基于TMS320F28335 DSP的110V电压等级单相ES实验平台,包含一台单相PWM整流器、一台单相交流ES和一台电网模拟器。为了实现ES的双向运行,采用PI+准PR控制器搭建PWM整流器作为ES的双向直流电源;为了验证所提基于重复控制和状态反馈的复合控制器在电网畸变时的控制性能,采用多重PR控制器搭建了一台电网畸变模拟器,模拟电网幅值突变和包含大量谐波等特殊运行状态。最后,在实验室完成各模块的性能测试。