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大规模光伏电源接入电网之后弱化了电力系统的频率响应能力。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术以模拟同步发电机的惯量、一次调频调压特性而备受关注,VSG技术应用于光伏并网系统将会改善系统的动态频率响应能力,但是传统的光伏虚拟同步技术(Photovoltaic Virtual Synchronous Generator,PV-VSG)均需要依靠外加储能系统实现,这将大幅度的增加光伏并网系统的建设成本。鉴于此,本文以双极式光伏并网系统为研究对象,以VSG技术在光伏并网系统中的应用为研究目标,从光伏系统(组件)本身的特性出发,提出了计及有功备用的PV-VSG控制技术,从而满足在不外加储能系统的情况下,实现光伏系统自主参与电网频率响应。主要完成的研究内容如下:(1)对光伏并网系统参与电网频率响应优化的必要性进行了分析,简单介绍了传统光伏并网逆变器控制方法的优缺点及适用性,详细阐述了虚拟同步发电机的研究现状,归纳了已有的光伏虚拟同步发电机控制方法,分析传统方法的不足,进而确定本文的研究目标。(2)介绍了VSG控制算法的基本原理和实现过程,详细阐述了转动惯量J的物理实质,并以此做了对应的仿真验证,分析了VSG的惯量响应和调频特性。接着,对两种常用的储能型PV-VSG结构的原理以及实现过程进行了对比,针对在弃光限电情况下对光伏备用功率的利用不足,提出了光伏备用功率深度利用的控制方法,通过利用该部分备用功率可有效减少储能系统的启动次数,并增加系统的调频能力。(3)考虑光伏系统在最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)作用下导致光伏输出功率可调性差,在不加储能系统的情况下无法实现有功备用的问题,分析了光伏P-V和I-V输出特性曲线提出了光伏降功率运行的控制思路,从而实现光伏系统有功功率自备用。考虑到降功率模式的实现前提是当前可输出最大功率为已知量,提出了基于高斯-赛德尔(Gauss–Seidel,G-S)迭代结合朗伯W函数(Lambert W Function)的光伏最大功率估计方法。最后,将光伏系统有功备用变化与电网频率变化耦合起来,提出了光伏虚拟调速器的控制方法,当电网频率变化时,光伏系统可根据自身有功备用情况调节有功输出以参与电网频率调节。同时对影响光伏系统备用功率容量的主要因素进行了详细分析,并分析了该控制方法的适用性。为验证所提出控制方法的有效性,在Matlab/Simulink里建立了对应的仿真模型,针对不同工况对系统的动态性能进行验证,实验结果表明了光伏系统可以根据系统频率变化自动调节输出有功参与系统频率响应。