随着越来越多的分布式发电系统接入公共电网,电网对并网的新能源电力电子设备提出了更高的性能要求。于是,在新能源电力电子设备并网前,迫切需要电网模拟器装置来测试其并网的适应性。然而,现有电网模拟器大多仅能模拟电压跌落、频率偏移、三相不平衡等常见电网状态,缺乏对电网惯性、线路阻抗的模拟。同时,大功率电网模拟器普遍存在较低的控制带宽,这限制了高次谐波的精确模拟。针对以上问题,本文提出了基于功率组合的兆瓦级电网模拟器拓扑方案,在此基础上,分别研究了谐波电压模拟策略、同步发电机特性模拟策略以及线路阻抗特性模拟策略,有利于提升电网模拟器功能的完备性。论文的主要研究工作和创新如下:1)针对大功率电网模拟器开关频率低而导致的低控制带宽问题,提出了基于功率组合的兆瓦级电网模拟器拓扑方案,通过采用大功率、低开关频率的基波单元和小功率、高开关频率的谐波单元耦合的串联结构,实现了基波和谐波的独立控制,提高了系统的控制带宽。2)针对电网模拟器电网谐波的精确模拟问题,建立了兆瓦级电网模拟器系统的数学模型,阐述了单次谐波和组合次谐波的模拟原理,对比分析了典型谐波幅值检测算法的性能,在此基础上提出了基于幅值及相位控制的谐波电压模拟策略,实现了电网模拟器谐波电压的精确模拟。3)针对现有电网模拟器不具备电网惯性模拟的问题,分析了同步发电机特性模拟原理,提出了定惯性和变惯性两种模拟方案,通过在系统控制中加入同步发电机惯性和阻尼特征,使得电网模拟器具有与同步发电机相媲美的稳态和动态性能。此外,建立了系统的小信号模型并进行稳定性分析。4)针对电网模拟器模拟线路阻抗变化的问题,研究了线路阻抗等效模型及模拟原理,提出了纯感性和阻感性两种线路阻抗模拟方案,并分析了两种方案的有效性,通过对电网模拟器输出阻抗的重塑,实现了线路阻抗的灵活模拟与调控。5)搭建了2MW全电力电子化电网模拟器系统实验平台,详细介绍了平台硬件电路和软件程序的设计过程,依次对兆瓦级电网模拟器基本功能、谐波电压模拟策略、同步发电机特性模拟策略、线路阻抗特性模拟策略以及系统故障保护等进行了实验研究,实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。