随着可再生能源和分布式能源渗透率的不断增加,逆变器的应用也越来越广泛。由于常规逆变器几乎没有转动惯量,导致了逆变器的频率稳定性比较差。当逆变器数量增多到一定程度时,会使整个电网系统的惯性大大降低,最终会威胁到电网的正常运行。虚拟同步发电机技术使逆变器具有与同步发电机相似的运行特性,因此有助于提高电网系统的总惯性和稳定性,近年来得到广泛关注。然而传统虚拟同步机的虚拟惯量与逆变器系统的稳定性之间存在耦合关系,导致其虚拟惯量选择受限,否则会影响逆变器系统的正常运行。这样就限制了虚拟同步机的惯性支撑作用,也因此降低了虚拟同步机的实用性。本文针对虚拟同步机控制算法进行了以下研究:首先分析了传统虚拟同步机中的虚拟惯量与其稳定性之间的耦合关系。揭示其固有的惯性限制问题。并介绍了保持滤波器的基本原理,揭示了保持滤波器的低通特性以及惯性特性。然后以单相虚拟同步机为例,在有功功率环的前向通路中引入了保持滤波器,提出了一种基于保持滤波器的虚拟同步机惯性优化方法,实现了惯性调节与系统稳定性之间的解耦。应用本文所提出的惯性优化方法可以实现在不影响系统稳定性的情况下,根据系统要求更自由地调整单相逆变器的惯量。为单相逆变器的惯性优化提供了新的自由度。最后搭建了相应的仿真和实验平台,验证了所提方法的有效性。最后通过小信号建模方法,针对引入保持滤波器后的单相虚拟同步机进行了稳定性分析。提出了一种考虑保持滤波器影响的单相虚拟同步机参数设计方法。为单相虚拟同步机的功率回路的参数设计提供了一定的指导。并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性。