随着可再生能源在电力系统中渗透率的不断增加,基于电力电子逆变接口的分布式电源获得了极大的发展。虚拟同步机控制技术作为一种能够使分布式电源模拟同步发电机运行特性的控制方法,能够为系统提供惯量支撑,对于提高电力系统的稳定性具有重要作用。本文对弱离网下虚拟同步机系统开展研究,详细对比了弱离网下虚拟同步机系统的暂态特性,提出了虚拟同步机的运行稳定域计算方法。在此基础上,进一步提出了虚拟同步机直流侧能量及交流侧功率双重物理约束的计算方法,结合系统稳定性的需求,得到了系统稳定性约束及物理约束下虚拟同步机的稳定运行边界。主要研究内容包括:1)本文针对弱离网下虚拟同步机系统,建立了系统数学模型。通过分析负载阶跃时,弱离网下虚拟同步机的暂态特性,提出了系统稳定边界的计算方法,获取了系统的运行稳定域。并详细分析了惯量、阻尼系数、一次调频系数等参数对虚拟同步机稳定域范围的影响特性。为保障虚拟同步机的稳定运行,提供了参数设定的理论依据。2)考虑到虚拟同步机输出功率受到并网换流器容量的限制,输出能量受到直流侧能量余量的约束。因此虚拟同步机参数整定过程中,需要在保证系统稳定的同时,考虑到直流侧能量与交流侧功率双重约束的影响。本文在系统稳定运行的前提下,提出了弱离网下虚拟同步机双重物理约束计算方法,并得到了双重约束下虚拟同步机的运行边界。通过对不同惯量和阻尼下虚拟同步机动态响应特性的分析,获得约束边界对惯量和阻尼实现的影响机理。3)根据虚拟同步机稳定域研究和物理约束研究,提出了虚拟同步机稳定控制方法。通过实时检测交流侧功率、直流侧能量余量,获得该条件下虚拟同步机所能配置的最大惯量,并有效避开不稳定域,保证虚拟同步机的稳定运行。4)通过PSCAD/EMTDC(?)仿真软件搭建了虚拟同步机弱离网运行的数字仿真模型,针对相关的理论分析进行了较为充分和细致的验证。仿真结果验证了所提方法的有效性。