随着能源短缺和环境污染问题愈发严重,越来越多的研究人员开始关注可再生能源利用与分布式发电技术。作为典型的可再生能源分布式发电系统,光伏电池一般通过电力电子装置接入电网,和传统同步发电机相比缺乏惯性和阻尼,严重时会影响电网的安全性和稳定性。虚拟同步机技术通过在光伏发电系统中增加储能单元来提供惯性支撑,使其具备惯性和阻尼特征。由于虚拟惯量和阻尼参数可以在储能单元的充放电功率、剩余容量等约束范围内进行自主调节,灵活的惯量和阻尼调节能力使得系统频率、电压在扰动初期即有望得到有效抑制。本文首先对光伏储能系统关键部件进行了详细的建模。建立了光伏电池模型并分析了光伏发电系统的最大功率控制策略。对比各类型储能元件的特点,选取了性价比较高的铅酸蓄电池,建立三阶动态电池模型并进行仿真分析。基于传统同步发电机和虚拟同步机的相似性,推导出虚拟同步机的控制策略,并建立了共直流母线型光储联合发电系统的仿真模型,完成了仿真验证。随后,研究了虚拟同步机系统的孤网和并网运行模式。通过仿真对比了孤网和并网情况下系统的特性,比较了不同惯量J、阻尼系数D和频率有功下垂系数Kp对于系统运行特性的影响。进而提出了改进型的惯量自适应控制策略,与恒定惯量的控制策略相比,系统性能得到了进一步的改善。由于储能是光伏系统中提供惯量的物理来源,本文分析了不同阻尼比情况下的储能单元优化配置,选取欠阻尼二阶系统,考虑储能单元的荷电状态、充放电功率和充放电功率变化率限制因素,明确了考虑蓄电池充放电特性的虚拟同步机惯量和阻尼系数的可调范围。通过仿真验证了所提参数边界的正确性和相关控制方法的有效性,为虚拟同步机可靠运行和参数自适应控制提供了一种分析途径。最后,本文考虑光伏储能系统在配网馈线首端接入的典型应用情况。将其与固态变压器有机结合,基于一种采用多脉整流技术的固态变压器(MPR-SST),通过样机试验验证模型的可行性,将虚拟同步机控制应用于MPR-SST,通过仿真验证了两者结合应用的有效性。