随着以风电和光伏为代表的可再生能源发电的快速发展,分布式电源在电网中的渗透率迅速提高,以电力电子逆变器为接口的微电网由于缺乏惯量和阻尼导致系统稳定性降低。通过模拟同步发电机的外部特性,虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）技术使得微电网具备惯量和阻尼,给系统稳定运行提供一定的支撑。本文主要对虚拟同步发电机原理与控制、虚拟同步发电机控制策略优化、并网/离网/并网切换展开研究。首先,建立同步发电机的数学模型,分析其转子机械特性及定子电气特性,通过模拟同步发电机外部特性设计虚拟同步发电机控制算法,结合特性方程及控制原理设计虚拟同步发电机功率控制环及输出电压控制环,同时对其进行小信号建模及稳定性分析。然后,对虚拟同步发电机控制策略展开优化。针对系统功率指令变化时,恒定转动惯量和阻尼系数对波动抑制程度不够的问题,利用VSG功率控制环中惯量和阻尼系数灵活调控的优势,设计一种惯量阻尼自适应算法以改善系统输出的动态响应;针对VSG电压电流双闭环中,比例积分微分（Proportion Integration Differentiation,PID）控制器的调节时间较长,系统趋于稳态的速度较慢的问题,采用非线性PID替代传统电压电流控制环中的线性PID,实现微电网虚拟同步发电机电压电流环控制的改进。最后,针对微电网VSG直接进行离网/并网模式切换所引起的电流冲击问题,分析VSG并网/离网/并网切换的机理过程,给出模式平滑切换条件;同时,针对传统同步旋转坐标锁相环（Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop,SRF-PLL）面对不平衡电网时无法精准锁相的问题,设计改进二阶广义积分锁相环（Second Order Generalized Integral Phase Locked Loop,SOGI-PLL）以提高锁相性能;根据改进SOGI-PLL能够精准提取电网电压和相位的特点,设计并网/离网/并网平滑切换策略,使得在并网前VSG输出电压幅值、频率、相位与大电网保持一致,减小并网冲击电流,实现微电网离网到并网的平滑切换。