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随着社会的进步,各种电气化产品的大量应用,各种电源设备广泛应用于人们的生产、生活中,电源性能的好坏将直接影响到人们的生产效率和生活质量。因此,各种电源设备在出厂时需要进行严格的出厂试验。传统的电源考核设备是由电阻、电感和电容等无源器件组合成的能耗型设备,不符合当今社会的节能、环保理念,因此,由电力电子电路组成的绿色节能试验系统应运而生。本文以电源设备的检测标准(GB/T7260.3-2003)和并网要求(GB12325-1990、GB/T14549-1993、GB/T15945-1995)为依据设计了一套基于背靠背结构的单相交流电力电子负载模拟装置。该装置前级负载模拟变换器(Load Simulation Converter, LSC)模拟各种负载特性(包括纯阻性、阻容、阻感等线性负载和非线性负载),后级并网变换器(Grid-connected Converter, GCC)将被试电源输出的电能高效、快速地回馈给电网,从而达到绿色节能的目的。由于背靠背结构的基本组成单元是PWM变换器,本文首先建立了单相PWM变换器的数学模型,从单相电力电子负载(Single-phase Power Electronics Load, SPEL)的整体结构出发,给出了在经典PI控制下的SPEL整体控制框图以及主电路硬件参数和PI控制参数的设计依据,使得系统能够在各种工况下稳定运行。通过仿真实验分析发现系统在模拟非纯阻性负载时无法满足准确模拟负载特性的目标和并网要求,因此,本文提出了改进方案。前级LSC采用P控制+重复控制的复合控制,可无静差跟踪给定模拟负载电流指令灵活模拟各种负载特性；后级GCC采用电压外环PI控制、电流内环准PR(比例+谐振)控制的双环控制策略,实现直流母线电压的稳定和并网电流高功率因数回馈电网。要实现LSC灵活准确模拟负载特性的目标,涉及到两个关键技术：负载模拟电流指令的生成方法和负载模拟电流指令的无静差跟踪精确实现方法。负载模拟电流指令分为线性电流指令和非线性电流指令。线性电流指令的给定主要采用恒流模式和恒阻抗模式,通过对比分析两种模式的优缺点后,提出一种改进的恒阻抗负载电流指令生成方法；非线性负载电流指令的获取讨论了四种可行方法,并给出了数字化波形实现方法。由于单P控制器的带宽有限,LSC侧在模拟非线性负载时,稳态输出中高频段存在幅值上的衰减和相位上的滞后,单P控制无法同时满足系统稳定性和无静差跟踪需要,为了提高LSC模拟侧输入电流的稳态精度,达到系统在较高带宽内实现“零增益、零相移”的目的,特引入P控制+重复控制的复合控制策略,研究了串、并联复合控制的特性和实现方法,详细给出了复合控制的设计要领。仿真和实验证明,复合控制相比单P控制,不仅拓宽了系统带宽,还在带宽内实现了系统零增益、零相移,达到了负载模拟电流的无静差跟踪目的。进一步研究发现,串联复合控制与并联复合控制在重复控制对象上有所不同,由于串联复合控制的被控对象比并联复合控制多了一个比例环节,使得串联复合控制重复控制器负担较轻,设计步骤相对简单,通过重复校正后系统的特征方程趋于一致。通过对两种结构的系统闭环传函波特图分析得出两者的控制效果一致的结论。鉴于串联复合控制与并联复合控制的控制效果类似,串联复合控制中重复控制器的负担较轻,将串联复合控制应用于实验中,取得了比较满意的控制效果。根据国家《电能质量—公用电网谐波(GB/T14549-1993)》入网标准,并网侧变换器输出电流需满足THD<5%,且从绿色节能的角度出发,需要实现并网侧变换器的单位功率因数控制。针对并网电流质量问题,根据有功功率平衡原理,分析了在双环控制系统中并网电流畸变的主要原因：单相系统瞬时输入功率中存在的二倍频脉动导致母线电压存在二次谐波,进而通过电压环将二次谐波引入到控制系统中,造成并网电流指令中三次谐波含量较多,从而导致并网电流畸变。鉴于此,对并网侧变换器电压外环电流内环进行滤波处理,从对系统零极点分布影响的角度出发,对低通滤波器、陷波器、带通滤波器和均值滤波器进行了详细的分析,对它们在SPEL控制系统中出现不同的滤波效果分析比较,选择其中两种滤波器针对不同的负载模拟工况使用。为了将被试电源输出的电能高效、快速地回馈给电网,引入PR(比例+谐振)控制,在不影响系统动态特性的前提下,实现并网电流指令在基波处的零增益、零相移跟踪。为了进一步优化控制,克服由于串联复合控制和均值滤波器的引入造成系统动态调节时间过长的不足,提高系统的动态响应速度,同时抑制输入电压、输入电流和并网电压扰动和故障对系统的影响,引入基于有功功率平衡的前馈控制策略。通过对并网电流指令前馈、输入电压前馈和并网电压前馈进行分析和参数设计,使系统的整体动态性能得到改善。其中,重点分析了恒阻抗模式下输入电压的波动和畸变对系统的影响,并对文中所提策略进行了数字化仿真和实验验证。为了提高SPEL的抗电网电压跌落能力,引用低电压穿越的概念,通过相应的控制算法,实现SPEL在并网电压短暂跌落时能够不停机运行的功能,为SPEL智能化控制研究提供参考依据。