随着全球气候问题愈演愈烈,碳中和正在成为全球共识,与之匹配的能源系统需要大量配置风电、光电等清洁能源,未来新能源发电的大规模并网将成为趋势。然而,新能源发电具有间歇性与不稳定性的特点,如不进行合理消纳,会对电力系统的平衡调节与安全运行造成重大挑战。三相电力弹簧（Three Phase Electric Spring,TPES）作为交流ES的重要类型,具备将新能源发电的功率波动转移到非关键负载上的能力,能够实现主动能量管理,是三相电网中助力新能源消纳的有力途径。本文以TPES为研究对象,研究目的是让TPES在三相电网以及新能源发电的应用场景中快速有效地发挥电压调节、功率调节的功能,对TPES的基本原理、电路模型、控制策略和实验平台设计等方面进行深入研究,主要研究工作如下:（1）介绍了课题的研究背景,重点论述了TPES当前的研究进展,对目前已有的TPES的拓扑和控制策略进行了详细的阐述;（2）介绍了TPES的相位控制策略,在已有TPES的相位控制策略仿真的基础上,增加了实验验证环节,进一步证明了TPES的相位控制策略的有效性;（3）提出了TPES的简单功率控制策略,将单相ES中的简单功率控制策略应用于TPES,只利用两个PI环节就能够实现对系统中有功功率和无功功率的精准控制,最终通过MATLAB/Simulink仿真与实验环节验证了控制算法的有效性;（4）提出了TPES的直接功率控制策略,以解决现有ES功率控制策略动态响应较慢、对负载参数比较依赖的缺点。首先,建立了TPES的简化模型,推导出直接功率控制所需要的开关矢量表,并利用无源阻尼与有源阻尼解决了简化模型中LCL结构可能引起的系统稳定性问题,通过电路参数的硬件约束与控制算法的软件约束求解出TPES大致的功率运行范围,最终在MATLAB/Simulink仿真与实验中完成对控制算法的验证;（5）提出了TPES的模型预测控制策略,将模型预测控制应用于TPES中以实现快速的动态响应。根据电路理论与离散化原理得到了TPES的三相关键负载（Critical Load,CL）电压预测模型与功率预测模型,通过设定不同的目标函数,可以对三相CL电压或者系统中的有功和无功功率进行快速精准的控制,最后利用MATLAB/Simulink仿真证明了控制策略的有效性;（6）研究了2种TPES的应用场景并进行了仿真验证。其中,针对应用场景1:三相微电网孤岛运行出现频率偏差的TPES应用场景,采用简单功率控制策略的TPES能够在确保三相微电网中系统频率的稳定;针对应用场景2:在光伏发电中面对三相电网电压轻微跌落情形的TPES应用场景,采用相位控制策略的TPES能够大幅降低三相CL电压的跌幅,对光伏并网点电压起到一定的支撑作用,并且始终工作在无功补偿的状态;（7）搭建了三相电力弹簧实验平台,从硬件设计与软件设计两个方面详细介绍了实验平台的两个子系统:TPES系统与三相电压型PWM整流器。