随着风力发电、光伏发电等可再生能源技术的不断发展,越来越多的可再生能源通过并网逆变器装置接入电网。由于我国新能源发电基地与负荷中心呈逆向分布的特殊地理环境,同时随着采用电力电子装置并网的可再生能源发电系统在电力系统中的占比逐渐增大,电力电子装置本身的低惯性、低阻尼、离散化等特性变得不可忽略。由于阻尼减小,在外界扰动下系统可能出现电压和频率的失稳现象,严重影响电力系统的安全稳定运行和供电可靠性。虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）可模拟同步发电机的惯量、阻尼等输出特性,并可以像同步发电机一样参与电网的调频与调压,是提高新能源并网系统稳定性的良好解决方案。然而,VSG属于电力电子设备,其抗扰动能力仍远不及传统同步发电机,所以本文针对VSG单机和多机系统,研究系统的频率稳定性问题,对VSG系统的安全稳定运行具有十分重要的意义。本文首先介绍了同步发电机的数学模型和逆变器的几种传统控制策略,分析了逆变器传统控制策略在弱电网甚至孤岛场景下的应用弊端和VSG在此场景下的应用优势。给出了VSG控制策略的基本原理和实现方法,并通过Matlab/Simulink仿真验证了VSG系统在并网和孤岛条件下的有功—频率调节特性。其次,推导了弱电网下VSG单机并网系统全阶小信号模型,求解得到系统的状态矩阵的特征根,并通过根轨迹方法分析了虚拟阻尼系数、虚拟惯量系数、有功调频系数以及输电线路阻抗等因素对系统频率稳定性的影响规律,并通过仿真验证了分析结果的正确性。基于VSG单机并网系统小信号模型推导方法,忽略系统对VSG频率影响较小的状态变量,建立了VSG多机并联并网系统的通用小信号模型。以VSG 3机并联系统为研究对象,结合根轨迹分析方法,提出了参与因子轨迹分析方法,研究了连接阻抗、输出功率以及功率环控制参数等因素对VSG本体、VSG与VSG间以及VSG与电网间的频率稳定性影响规律,并通过仿真验证了所提分析方法的正确性和所得分析结果的有效性。最后,搭建了VSG 3机并联实验平台,通过实验分析了VSG的虚拟惯量系数、下垂系数等参数对VSG输出频率以及VSG间频率稳定性的影响,同时还验证了VSG控制策略在多机并联系统中的功率自动均分特性和VSG多机并联系统频率失稳条件,验证了理论分析结果和仿真结果的正确性。