随着分布式能源越来越多的接入电网,针对传统并网逆变器作为电力电子器件无法为系统提供惯量阻尼等问题逐渐显露,国内外专家学者提出虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）的控制策略,用于改善微电网自身容量小、惯性弱、阻尼小的问题。考虑在分布式电源出力振荡、非线性负荷增多、并网端故障以及环节变化等情况下引起的频率波动、频率漂移等问题,许多专家和学者对虚拟同步发电机的频率调节问题开展了大量研究工作。目前大部分学者所提虚拟同步发电机的频率响应控制策略大多以一次调频为主,其核心在于提升分布式发电装置对频率偏差的跟踪性能、消除频率静差,但对于暂态过程中频率偏差无能为力,难以有效参与二次调频。为了改善现有虚拟同步发电机控制策略中存在的二次调频能力不足,以及调频性能受惯量和阻尼参数影响较大的缺点,本文对虚拟同步发电机的一次调频、二次调频以及惯量和阻尼对频率响应的影响展开研究,提出了基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）的VSG反馈控制策略与两步MPC等改进的控制策略,具体研究工作如下:（1）对微电网的调频策略以及VSG频率响应进行理论分析。阐述了频率响应在微电网中的重要性,总结现有并网逆变器为改善频率响应提出的几种控制方法。研究在虚拟同步发电机并网的微电网中频率响应的主要影响因素,并分析总结了下垂控制（Droop）、转动惯量自适应（Adaptive control of inertia,ACI）、频率自恢复（Frequency self-recovery,FSR）调频控制调频策略的优缺点。（2）提出基于MPC的VSG调频控制策略。由转子机械运动方程与下垂控制方程建立了VSG的可优化模型。对该模型进行离散化,得到转子角频率的运动轨迹,取最优的预测控制输入向量的第一项作为下一时刻控制器的反馈输入;构建了转子角频率增量与转矩增量间的反馈通道,实现频率偏差实时预测补偿;通过分析反馈控制器参数对系统稳定性的影响,给出参数选取的基本原则,构建的含本文所提反馈控制器的逆变器离/并网的仿真模型,进行相关仿真实验,对比分析与下垂控制、转动惯量自适应控制、频率自恢复调频控制三种方法在频率无差控制、自动恢复和系统阻尼等方面的性能差异。（3）提出基于两步MPC的VSG调频控制方法。针对传统MPC的预测精度不够、且频率响应调整时间较长的问题,提出一种两步模型预测控制方法:首先建立基于VSG频率调节的传统预测模型,然后利用拉格朗日插值法推导VSG输出调节的两步预测控制策略,并将其应用于微电网VSG控制器。仿真实验结果表明,基于虚拟同步发电机的两步模型预测控制能将频率响应控制在合理范围内,能有效改善系统频率响应,相比与传统模型预测控制改善效果更好。（4）研究基于MPC的VSG多机并联系统功率分配方法。针对传统VSG多机并联时会出现功率分配分配不均的问题,研究在多VSG并联条件下有功和无功的分配原理,分析线路阻抗、惯量、容量对功率分配的影响,构建基于模型预测控制的多VSG并联系统,通过仿真实验验证,本文提出的模型预测控制方法在VSG多机并联系统中能改善功率分配,有利于系统稳定。