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微网系统在新能源的接入和消纳方面发挥着极大的优势,是今后智能电网的主要发展方向之一,受到广泛的关注。逆变器对微网的稳定运行起到关键性的作用,而它的大规模接入却对电力系统运行产生了不可忽视的影响。虚拟同步机控制技术能够模拟同步发电机的惯性、阻尼和调频调压特性,将逆变器虚拟成同步发电机,不仅能够保障微网的稳定运行,更可以实现与电网良好的兼容,降低新能源接入带来的不稳定影响。因此,研究基于虚拟同步机技术控制的微网逆变器关键技术对于维持电网稳定运行具有重大的意义。本文参照同步发电机的运行特性分析了虚拟同步机控制的相关理论,构建出有功-频率控制器和无功-电压控制器的基础结构。通过建立逆变器模拟虚拟同步机的数学模型,分析虚拟同步机与同步发电机的外特性和功角特性一致性,说明了利用虚拟同步机控制微网逆变器运行的可行性。为提高虚拟同步机控制系统的性能,本文对虚拟同步机的控制系统进行了优化设计,提出了一种关键参数可协调优化的功率控制器,能够避免反复试凑参数达到系统最优性能的过程。通过在控制器结构中引入变量,将虚拟同步机的虚拟惯性参数、阻尼系数以及下垂系数等同步特性指标与控制器相关变量建立直接关系,实现将同步机特性引入到逆变器中的目的,并给出了具体设计方法。在实际操作中,根据系统的性能要求,可以参考同等容量的同步发电机来设定虚拟同步机特性指标,实现对控制器的优化设计。该方法不仅能够快速地建立参数间的关系进而方便计算,并且能够提高系统运行的静态性能和动态性能。虚拟同步机控制微网系统在孤岛模式运行时,不仅需要向所带负荷提供功率支撑,还必须维持系统输出电压频率和幅值的稳定。本文采用协调优化控制器方案,探究了虚拟同步机在孤岛运行时的频率和电压稳定性,并实现了逆变器并联情况下的功率分配。虚拟同步机控制微网系统并网运行时,需要按照指令向电网输送功率,参与电网调节,为电网频率和电压的稳定提供支撑。为了减少并网的瞬时冲击电流,本文设计了一种基于协调优化控制器的预同步并网控制器,给出了预同步并网的具体步骤,能够调节虚拟同步机在并网前的电压,使其频率、幅值和相位大小与电网值相同,使虚拟同步机实现平滑并网,并按照功率指令要求与电网进行功率交换。最后,本文通过搭建虚拟同步机的仿真模型,对虚拟同步机的孤岛带负荷运行、双机并联运行和预同步并网进行了仿真,结果验证本文所提出的理论和策略是有效的。