近年来,新能源在电网中的渗透率不断提高,常规旋转式同步发电机(Rotational Synchronous Generator,RSG)装机比例不断下降,致使电网中的旋转备用容量、转动惯量相对减少,传统意义上以同步发电机为主导的电力系统逐渐向电力电子化系统方向发展。为此,学者们提出利用储能系统(Energy Storage Systems,ESS)来增强电网的频率稳定性,同时等效地提高电力系统的惯量水平与阻尼能力。另一方面,现有的储能系统控制技术必须依赖锁相环算法实现,而在不对称电网环境下,锁相环不但响应时间较长,而且会导致弱电网系统稳定性减弱。静止同步发电机(Static Synchronous Generator,SSG)模型是将电力系统分析中易于理解的惯量、阻尼以及同步特性等引入到了ESS的动态特性分析与稳定性规律研究中。本文基于SSG模型和直流电压时间尺度概念,分析了改进型下垂控制策略在模拟惯量、阻尼以及同步特性方面的物理机制,并详细对比了经典下垂控制和改进型下垂控制的ESS模拟惯量/阻尼特性的能力与规律。本文通过聚焦储能系统直流侧电容电压的稳定性,揭示了ESS功角稳定性的影响因素、作用规律,为大惯量、强阻尼ESS的开发提供了理论支撑。在研究ESS抑制电网功率振荡的物理机制时,利用电气转矩法和多时间尺度动态特性,分析了经典的两种控制策略下ESS在同步机电力系统出现功率振荡现象时实现辅助电网稳定(并网逆变器的致稳性)的物理机制,解释了不同控制策略影响电网惯性水平、同步能力与阻尼效应的作用机理。此外,为了充分发挥ESS的致稳性作用,本文分析了影响控制性能的关键因素及作用规律:结构参数、控制参数以及稳态工作点。本文研究了ESS在不平衡电压环境下提取序分量,提出了三相电网电压序分量的快速检测方法。该方法先使用虚拟正交信号构建法、单相锁相运算以及对称分量法得到不平衡电压的序分量。该方法只需要电网电压及其虚拟正交信号,即可直接计算三相不平衡电压序分量的时域表达式。当电网频率在国家标准允许的限值内波动时,该方法无需实时更新电网频率,即可迅速获取电网电压的序分量,且计算精度能够满足工程要求。本文结论有助于分析ESS的动态特性,更有助于设计有效的ESS控制策略,进而辅助提升电力系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力,增强ESS及其接入电网的稳定运行能力。