随着可再生能源发电的日益普及，新型分布式发电模式正逐步替代传统集中发电模式，光伏、风电等分布式电源通过电力电子装置大量并网，推动了电力电子化电力系统的发展。然而，分布式能源并网存在低惯量、弱阻尼的问题。实现分布式电源和电网的友好交互，是全球能源互联网进程中的重要课题。
　　为解决电力电子化电力系统惯性和阻尼不足的问题，虚拟同步机控制策略备受关注。VSG可以支撑电网频率和电压、维持系统功率平衡，便于借鉴传统同步发电机的控制策略、分析方法和运行经验，有助于分布式电源的友好接入。VSG模拟了传统同步发电机的外特性，但VSG与传统同步发电机并不能完全等价，因此，研究VSG的数学模型、动态性能及其优化具有重要的工程意义。
　　为得出VSG的控制结构，本文首先研究了传统同步机的频率调节和电压调节机理，分析了其调速器和励磁器的运行原理。基于此，介绍了两种电力电子系统模拟同步发电机的实现方案，即下垂控制策略和VSG控制策略。最后，详细推导了实现VSG的具体方案，建立了VSG和传统同步机之间的等效关系。
　　本文引入了一种基于状态空间的小信号建模方法，建立了基于VSG控制的逆变器的全阶小信号状态空间模型，并基于某三机VSG并联系统验证了所述建模方法的正确性。
　　VSG控制策略依托数字控制技术实现，存在着数字控制固有的延时问题。本文论述分析了控制延时的成因，进而将延时环节引入VSG小信号状态空间建模，形成延时修正模型。基于此，结合特征值轨迹和参数灵敏度，分析了系统多个参数对稳定性产生的影响。
　　最后，为减缓控制延时对系统产生的影响，将无差拍思想引入VSG控制策略，形成了带有无差拍功率预测控制的虚拟同步机策略。该策略基于当前采样时刻的系统状态，对下一采样时刻的系统输出功率进行预测，进而基于预测功率对系统进行控制。仿真验证了该策略的可行性。