为了缓解日益严峻的能源问题,以光伏、风电等可再生能源为主的新能源发电技术因其绿色低碳的特点得到了越来越广泛的关注,微电网作为分布式可再生能源消纳的主要手段之一是当前研究的热点问题。微电网作为一个小型自治系统,其孤岛运行能力至关重要,然而分布式能源大多以逆变器为接口,惯量和阻尼水平低,会严重影响微电网的频率稳定性。虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)通过模拟同步电机的转子摇摆特性从而使得分布式电源具有惯量和阻尼,实现对孤岛微电网频率的支撑作用。本文在孤岛微电网的运行框架下,针对虚拟同步机组网运行存在的频率问题展开研究,主要研究内容如下:1、研究了虚拟同步机的基本原理和虚拟励磁系统、虚拟调速系统,并给出了虚拟同步机外环加电压电流内环的运行控制方式。建立了虚拟同步机组网运行的小信号模型,分析了虚拟同步机的关键参数对系统稳定性和控制性能的影响。2、研究了适合于虚拟同步机的频率二次恢复控制策略,指出仅仅利用积分模块实现频率恢复会存在积分误差累计等一系列问题。提出了一种具有延时开关特性的一二次频率协调控制策略,通过设计合适的延时开关函数,实现了虚拟同步机一二次控制的解耦,不依赖于通信,在保证各虚拟同步机输出功率按比例分配的前提下实现了系统频率的恢复。3、研究了多虚拟同步机组网运行的频率特性,并分析了其并联运行时有功频率振荡机理。提出了一种基于分布式通信架构的附加互阻尼控制策略,有效地抑制了有功频率振荡,改善了系统的动态响应性能。通过构造李雅普诺夫能量函数分析了控制系统的稳定性,在互阻尼的作用之下系统暂态能量加速减少,系统的稳定性增强。4、研究了基于RT-LAB的实时仿真技术,搭建了面向多虚拟同步机微电网实时仿真平台,通过物理硬件控制器来实现所提控制策略。同时,建立了微电网内分布式电源信息交互平台,可以实现虚拟同步机之间的分布式通信,具备模拟真实微电网系统通信延时、通信故障等工况的能力。最后,在所搭建的半实物实时仿真平台上对本文研究内容进行了策略验证。