虚拟同步机技术可使电力电子变换器表现出类似同步电机的阻尼和惯量特性,在光伏、风电、电动汽车等领域具备广阔的应用前景。然而,随着现阶段负载功率的升级,单台虚拟同步变换器难以满足大功率负载的应用需求。另一方面,实际工程应用中,受非线性负载影响,电网电压接口处的低次谐波将对虚拟同步变换器的并网电流质量产生不利影响。为实现虚拟同步整流器并联系统的稳定运行及优化控制,本文采用从单台到多台的研究思路,重点解决双机并联运行时的电能质量、稳定性及功率的灵活分配问题。首先,研究虚拟同步整流器的基本控制理论。从同步电动机的数学建模入手,将三相整流器和同步电动机进行电路等效,实现三相整流器的虚拟同步控制。其次,研究虚拟同步整流器在畸变电网下的电能质量优化控制方法。运用阻抗分析法,研究电网谐波电压对虚拟同步整流器并网电流的影响,提出一种谐波电压前馈方法,并详细讨论了前馈因子的取值。再次,研究虚拟同步整流器双机并联系统的稳定运行方法。对交、直流侧直接并联的系统,加入有功电流反馈以抑制并联模块间的环流;运用小信号分析法,详细讨论了各重要控制参数对并联系统稳定性的影响。最后,为实现双机并联系统中的各台虚拟同步整流器的灵活功率分配,提出一种基于有功电流反馈的直流负载功率分配方法,并分析了下垂控制模式下并联系统的功率分配策略。另外,在MATLAB/Simulink仿真平台上,对虚拟同步整流器及其并联系统进行了建模与仿真,并搭建了相关实验平台进行实验验证。仿真和实验结果证明了本文所提方法的有效性和优越性。