大量分布式电源（Distributed Generation,DG）通过电力电子装置与大电网相连导致其电力电子化程度大大加深,同时也给电网带来低惯量、弱阻尼问题。而虚拟同步发电机技术（Virtual Synchronous Generator,VSG）可以使并网逆变器在结合自身优势的同时又拥有类似于同步发电机（Synchronous Generator,SG）的外特性,能够提高系统惯量和阻尼。但VSG与SG之间具有本质上的差距,其作为数字控制必然会产生数字控制延时,延时的存在会使得数字控制的优点无法全部体现,进而影响VSG控制的稳定性,且包含的惯量、阻尼等参数也会影响VSG动态性能。因此本文以VSG为研究对象,结合小信号状态空间稳定性分析方法,针对VSG的稳定性问题及动态性能优化进行研究。首先,分析VSG与传统SG之间的对应关系以及SG的数学模型,实现VSG对SG外特性的模拟。根据SG转矩平衡,设计虚拟转子将转动惯量和阻尼特性引入到VSG。根据SG电磁关系、励磁器以及调速器的工作原理,建立VSG的励磁和调速系统。为保证输出电压电流稳定,引入电压电流双环控制,并结合仿真验证本文所建立VSG是否正确。然后,采用状态空间法对考虑延时环节的VSG进行小信号建模与稳定性分析。分别建立控制延时环、功率控制环、电压电流环以及滤波器和线路等各个环节的状态空间方程,在此基础上得到考虑延时的VSG整体小信号状态空间模型,通过灵敏度与参与度分析法详细分析延时、惯量及阻尼等参数对VSG稳定性的影响,并结合仿真进行验证。最后,结合VSG小信号状态空间模型的稳定性分析结果,针对数字控制延时约束VSG响应特性和稳定性的问题,提出一种模型预测控制的VSG延时补偿方法。在该控制策略的基础上,针对VSG动态性能受惯量和阻尼的影响,提出一种改进VSG惯量阻尼自适应制策略,并结合仿真对上述控制进行验证。