能源结构调整使得以电力电子装置为接口的分布式电源在电力系统中渗透率逐渐增大,电力系统惯量减小,电网电压与频率的稳定性受到了不可忽略的影响。虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）通过模拟同步发电机的运行特性,可实现分布式电源友好并网。然而,传统VSG控制结构复杂,内环线性控制动态响应速度较慢;另外,当电网发生跌落故障后并网点电压降低,基于有功-频率控制的传统VSG不具备低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）能力。针对上述问题,通过改进内环控制策略提升动态响应速度,设计低电压穿越控制策略实现VSG持续稳定运行。本文的工作重点如下:（1）VSG内环的动态响应速度决定了其对内电势的跟踪性能。传统PI控制动态响应被开关频率所限制,降低了VSG对定子电压方程的动态模拟准确度。针对PI控制时VSG内环动态响应速度较慢问题,研究了基于有限控制集模型预测电流控制（finite control set model predictive current control,FCS-MPCC）的VSG（FCSMPCC-VSG）;在频域内对比了二者的截止频率与相位裕度,并通过仿真验证,FCSMPCC-VSG可以有效地加快系统动态响应速度。（2）针对FCS-MPCC有效电压矢量少、开关频率不固定所导致的输出电流谐波分量高的问题,研究了基于最优开关序列模型预测电流控制的虚拟同步发电机（OSS-MPCC-VSG）。由于VSG参考电流由定子电压方程决定,功率脉动会降低参考电流的稳定度;为减小输出功率脉动,改进了多矢量模型预测控制方法,将6段式电压矢量扩展至8段式电压矢量,提升了寻优精确度;并以输出电流基波跟踪误差最小化原则计算电压矢量作用时间,建立基于多矢量预测轨迹的价值函数,实现了整周期内输出电流纹波最小化;从输出电流基波与纹波两方面实现最优控制,有效降低输出电流谐波含量,提升控制效果。仿真验证了所研究控制策略的有效性。（3）针对OSS-MPCC-VSG在电网电压跌落故障期间存在电流越限与功角振荡甚至失稳问题,提出了基于功角保持的VSG低电压穿越控制策略。故障期间采用基于定电流的OSS-MPCC,实现了输出电流与功角的稳定,并同时为电网提供无功支撑。在故障恢复时加入基于虚拟功率环的功角保持控制策略跟随电网相角,保证了模式切换时VSG和故障前运行状态一致,避免了故障恢复切换过程中的功角振荡;考虑到故障期间所选用的参考电流无法使得故障恢复期间输出功率跟踪给定功率,采用故障恢复的功率跟踪控制策略,实现了故障恢复模式切换前的电流、功率的预并列,实现了基于定电流OSS-MPCC与OSS-MPCC-VSG的无缝切换与低电压穿越,最后通过仿真验证了所提出控制策略的有效性。