随着能源与环境问题的日益严峻,利用可再生资源发电的分布式电源受到越来越多的重视。微电网是一种高效的分布式电源组织形式,不仅避免了其直接并入电网所带来的不利影响,更充分发挥了可再生资源的优势。逆变器作为可再生资源与微电网能量交换的枢纽,具有控制灵活、响应速度快的优点,然而也造成了微电网内缺乏惯性和阻尼。同步发电机对电网具有天然友好的优势,若借鉴传统电力系统的运行经验,控制逆变器模拟同步发电机的特性,则可提高微电网运行的稳定性与分布式电源的兼容性,虚拟同步发电机技术应运而生。本文首先对微电网的概念、结构以及研究现状进行总结,分析了几类传统微电网逆变器控制策略,并介绍了新兴的虚拟同步发电机控制技术。然后,引入同步发电机的二阶模型作为虚拟同步发电机算法的数学模型,并分析了虚拟同步发电机控制结构,给出了虚拟同步发电机的具体实现方法。设计了虚拟同步发电机的转速调节器和励磁控制器。接着,采用间接虚拟阻抗方法实现了虚拟同步发电机的同步电抗,确保所提算法可以精确模拟同步发电机特性,并分析了同步电抗的选取方法,给出合适的阻抗范围。然后,研究了基于虚拟同步发电机控制的无缝切换技术,提出一种以电网电压进行定向,通过调节VSG角频率参考值来控制其输出端电压的q轴分量为零的预同步控制方法,保证虚拟同步发电机在孤岛模式与并网模式之间可以无缝切换。最后,研究了虚拟同步发电机的非对称运行,提出一种孤岛模式下虚拟同步发电机带不平衡负荷的控制方法:控制VSG输出端电压中负序分量为零以保证VSG可以输出稳定平衡的三相端电压;提出一种并网模式中电网电压不平衡工况下虚拟同步发电机控制方法:滤除电网负序电压分量,以计算出的正序电流为参考,保证VSG可以输出三相平衡的并网电流。本文在Matlab/Simulink仿真平台上搭建虚拟同步发电机的仿真模型,验证了虚拟同步发电机算法的准确性,验证了基于VSG控制的无缝切换技术的有效性,验证了虚拟同步发电机在非对称运行工况下控制策略的可靠性。