分布式电源(Distributed Generation,DG)可提高电力系统的安全性和可靠性,近年掀起了世界性的研究热潮。基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator， VSG)的微电网逆变器通过模拟同步发电机的特性实现并网控制,与传统控制方式相比,VSG能够提高DG与大电网的兼容性和稳定性,能够适应系统多种运行模式。本文结合科研项目,对采用虚拟同步机控制的三相四桥臂逆变器开展研究,主要的研究内容包括：虚拟同步发电机的数学建模。分析同步电机和三相四桥臂逆变器的数学模型,采用同步电机的转子运动方程、磁链方程以及电磁暂态关系,对虚拟同步发电机建模；对逆变器的有功-频率控制器和无功-电压控制器进行了设计和优化,将三相四桥臂逆变器整定为虚拟同步发电机。虚拟同步发电机同步并网控制方法研究。借鉴同步发电机准确整步法的并网控制原理,设计了两种不同的VSG同步并网方案(差异在于是否添加锁相环),分析了两种并网方案的优缺点,采用不带锁相环的并网控制方案实现了VSG的平滑并网。虚拟同步发电机运行特性分析。研究虚拟同步机的离网运行、组网运行和并网运行特性,设计了适应不同运行特性的控制策略,以实现不同运行模式的最优控制。底层控制环路设计。为了提高VSG输出电能质量,本文设计了基于PR控制器的底层控制环路；研究三维空间矢量调制算法产生四个桥臂的驱动波形,通过仿真和实验实现了该调制方案。实验平台搭建。为了验证本文设计的控制方案的正确性,在Matlab/Simulink中搭建了VSG离网运行、并网运行和同步并网的仿真模型,同时在实验室搭建了10kVA虚拟同步发电机实验平台。仿真和实验结果证明本文设计的VSG能够实现平滑并网,并且能在不同的运行模式下稳定运行,系统输出电压电流谐波含量少,可以体现同步发电机的调频调压特性和电磁暂态过程。