随着新能源渗透率的不断增加,大量电力电子变换器的接入使电力系统呈现低惯量、弱阻尼的趋势,导致系统频率稳定性下降。此外,近年来水电机组占比较大的电网中还出现了发电机阻尼不足引起的超低频振荡的案例。虚拟同步机技术使并网逆变器模拟传统同步发电机的运行机制,可以提高电力系统的惯量和阻尼,具有广泛的应用前景。本文研究改善虚拟同步机运行安全稳定性的附加控制技术,并以超低频振荡问题为背景,验证虚拟同步机对系统频率稳定性的支撑作用。本文首先介绍虚拟同步控制技术和超低频振荡的研究现状,详细讨论了基于同步逆变器方案的虚拟同步机的数学模型与控制方法。考虑到储能的调节能力限制,本文提出了储能充放电性能约束下的虚拟同步机附加控制方法,在扰动超出储能调节能力时,抑制并消除了直流母线电压偏移,同时避免了储能充放电功率的持续越限,实现了虚拟同步机和储能的安全稳定运行。为了探究虚拟同步机对系统频率的支撑作用,以含虚拟同步机接入的水电系统作为研究对象,通过阻尼转矩分析和振荡能量计算,分析出超低频振荡产生的本质原因是水电机组向系统注入的负阻尼,同时证明虚拟同步机向系统提供的阻尼转矩为正,可以有效抑制超低频振荡。基于上述分析结果,本文在虚拟同步机中引入带通阻尼附加控制环节,进一步提高了虚拟同步机的阻尼及其对超低频振荡的抑制效果。本文设计的附加控制方案均通过仿真验证了其有效性。