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随着可再生能源(Renewable Energy Sources-RES)渗透率的提高,同步发电机在电网中的份额减少,惯量作用减弱和热备用容量降低,导致电网的安全稳定性下降。采用基于虚拟同步发电机技术(Virtual Synchronous Generator-VSG)的逆变器通过改进控制策略模拟同步发电机的特性,可以克服电网中由于同步发电机占比下降带来的不良影响。然而,低惯量电网中多个VSG之间的协调控制是一个具有挑战性的问题,例如频率变化率(RoCoF)增大,有功功率分配不均,惯性和阻尼系数不匹配,无功功率均分误差以及多机并联VSG之间的暂态特性不协调等。基于以上问题,本文进行了理论分析、仿真建模以及实验研究,取得的创新点和研究成果如下:1.本文针对低压电网中因功率耦合引发的一系列问题,建立了并网VSG的潮流方程和小信号分析模型。并将小信号模型推广到多VSG系统,分析了下垂系数和阻尼系数对多源VSG系统静态和动态特性的影响,明确应为VSG设定最小的阻尼系数,以避免震荡,同时所有VSG的阻尼系数应大于下垂系数。2.提出了一种虚拟同步发电机的增强型暂态控制方法——弹性应急控制,该控制使用可变的紧急增益来增加或减少扰动期间微电网中各个VSG的有功出力,通过Lyapunov稳定判定方法验证了所提控制策略的可行性。3.提出了基于虚拟瞬态阻抗(Virtual Transient Impedance-VTI)预测并列VSG的虚拟阻抗的方法,进而通过虚拟阻抗校正VSG励磁电压来改善Q-V下垂控制的方法,以解决在多VSG系统中,由于额定功率、线路阻抗及输出阻抗的不同所导致的无功功率分配不均问题,通过基于Lyapunov直接判据的小信号稳定性分析和暂态分析,验证了所提方法的有效性。另一种方法,即虚拟并联电感(Virtual Parallel Inductor-VPI)技术,提出了减少并联VSG系统中的无功功率分配误差。它是基于开环Q-V控制。虚并联电感器与输出无功功率的关系,得到了虚拟并联电感器与输出无功功率的关系,修改了传统的Q-V陷波控制方程。通过小信号稳定性分析和仿真结果验证了所提出的VPI技术的有效性。4.提出了一种基于VSG控制的分布式电动汽车充放电鲁棒控制策略,通过采用充电模式下的虚拟同步电动机和放电模式下的虚拟同步发电机鲁棒控制,在实现dq解耦的有功、无功独立控制的基础上,为微电网提供人工惯量和阻尼,频率及电压的一次调节能力,仿真和实验表明,基于VSG控制的分布式电动汽车充放电鲁棒控制策略可提高对频率和电压的支撑能力,增强了微电网的稳定性。