随着近年来风能与光能的发展势头愈发猛烈,以并网逆变器为枢纽的光伏发电系统开始大规模并入电网,导致电网中新能源发电单元的比例愈来愈高,并开始威胁到传统同步发电机的主导地位。受新能源渗透率攀升的影响,电网的惯性被大大削弱,由此带来了许多因系统惯性不足而引发的安全稳定事故。以虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)为代表的虚拟惯量控制逐渐成为近年来的研究热点。与此同时,新能源并网标准也由只要求参与功率补偿演变为需额外具备一定的惯性能力。本文首先对三相电压型逆变器进行数学建模,并推导了电压环与电流环的控制方程,在此基础上设计了电压环与电流环的PI控制器参数。通过对几种典型VSG控制结构的对比分析,建立了一种不含阻尼环节的VSG模型,该模型通过将阻尼环节和调频环节等效,去掉了传统模型中的阻尼环节,且无需锁相环。基于良好的电压电流环参数设计可使电容电压无静差跟踪电压环参考值,从而该模型可避免使用锁相环来获取相关反馈信号。然后,建立了VSG系统小信号数学模型,对有功环与无功环进行了近似解耦分析并给出解耦所需满足条件。基于解耦的前提,对有功环和无功环进行了暂稳态性能等方面的约束,从而使相关参数满足设计要求并给出了参数选取范围。采用频域分析法进行了有功环参数变化对系统性能影响的分析。针对VSG系统并网运行,给出了一种简单可行的预同步方法,通过使并网开关两侧电压相量的幅值、角频率和相位一致,从而达到友好并网的要求,但该方法仍需采用锁相环来获取电网电压信息。最后,基于MATLAB/Simulink和dSPACE半实物仿真平台对虚拟同步电机控制的相关策略进行了仿真与实验验证。控制系统的仿真与实验结果证明了本文所提控制策略的有效性与可行性。