我国可再生资源与用电负荷呈现逆向分布特征,统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller,UPFC）可有效解决大规模可再生能源电能远距离传输能力不足的问题,但在由高渗透率可再生能源和高比例电力电子设备组成的“双高”电力系统中还存在着转动惯量降低和系统阻尼减小的问题。虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）可使电力电子设备具备传统同步机的惯性和阻尼支撑能力,是实现可再生能源友好并网和自主运行的重要技术。本文主要针对大规模可再生能源场站并网的应用场景,围绕具备同步机特性的统一潮流控制器控制技术展开研究,从基本原理研究、稳定性研究和控制优化研究等三个方面依次展开分析和讨论,本文的主要研究工作如下:（1）针对高比例可再生能源并网中“低惯性”和“弱阻尼”的问题,提出了一种可实现两端交流系统解耦控制的VSG型UPFC的控制策略,为统一潮流控制器拓展了虚拟同步机功能,并消除了可再生能源场站输出波动。首先论述了虚拟同步发电机控制策略在统一潮流控制器的可行性问题,阐述了带储能的UPFC系统运行方案,分析了UPFC控制线路传输功率的机理原因,为后文设计控制策略提供理论基础。然后,设计了可实现双端交流系统解耦控制且具备VSG调节能力的统一潮流控制器控制策略以及相应的变流器控制指令分配方案:并联变流器将额定电压幅值和VSG输出相位作为控制指令,串联变流器将VSG输出电压幅值和相位作为控制指令,实现对两端不同交流系统的独立控制并模拟传统同步机并网的动静态行为。从电压支撑能力和主回路参数两方面,比较了VSG型UPFC和VSG型静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator,STATCOM）的特点。搭建仿真模型和实验平台并进行了不同工况下的验证分析,结果证明了所提控制策略和理论分析的有效性。（2）考虑到需要分析VSG型UPFC对可再生能源并网系统稳定性的影响,提出了一种考虑VSG型UPFC内外部耦合影响以及变流器参照坐标系不一致的VSG型UPFC阻抗建模方法,推导得到的阻抗模型可以作为后续系统稳定性分析的基础。分析了VSG型UPFC与可再生能源场站之间的耦合关系,将可再生能源场站的输出阻抗作为并联变流器输出阻抗模型的附加阻抗,实现了可再生能源场站与并联变流器之间的解耦。提出了考虑内部耦合影响的VSG型UPFC输出阻抗建模方法,解决了阻抗建模过程中串、并联变流器在交流系统形成的交互作用问题。提出了一种在VSG控制坐标系下的VSG型UPFC输出阻抗建模方法,并给出了将串、并联变流器转换到该坐标系下的数学方程,解决了在不同坐标系下推导串、并联变流器输出阻抗的问题。搭建实时仿真平台,分析并验证了阻抗模型的有效性。（3）针对VSG型UPFC接入电网后形成的由多个子系统和多个并网连接点组成的复杂级联系统的稳定性分析问题,提出了一种可扩展到含多个子系统的系统稳定性判断方法,可用于分析VSG型UPFC、可再生能源场站以及电网等多个独立子系统之间的相互作用。详细分析了由全功率并网逆变器组成的可再生能源场站振荡失稳的机理,给出了一种可扩展到由多个子系统和多个并网点组成的复杂级联系统的稳定性判断方法,可用于分析由VSG型UPFC与可再生能源场站组成的并网系统的稳定性。在此基础上,分析了控制参数变化对输出阻抗和系统稳定性的影响。结合实时仿真案例和输出阻抗模型,分析了弱电网场景下VSG型UPFC对可再生能源场站并网系统稳定性的影响。（4）针对不合适的电压偏移角导致VSG型UPFC容量和运行损耗增大的问题,提出了一种基于动态电压偏移角的VSG型UPFC容量设计方案和运行控制策略,可以降低系统设计容量和串、并联变流器的输出功率。建立了电压偏移角和变流器输出功率以及设计容量之间的数学模型,详细分析了电压偏移角对串、并联变流器输出功率和UPFC设计容量的影响。提出了一种基于电压偏移角寻优的VSG型UPFC容量设计方案,可以降低VSG型UPFC的系统设计容量。提出了一种考虑容量设计参数限制的动态电压偏移角控制策略,可以降低VSG型UPFC中串、并联变流器的输出功率。搭建仿真平台,验证了所提控制策略的有效性。图90幅,表17个,参考文献146篇。