面对能源与环境的双重压力,开发可再生能源在一定程度上缓解了传统能源危机,随着可再生能源渗透率不断提高,电力电子设备的广泛应用改变了电力系统的动态行为。同传统同步发电机相比,电力电子设备缺少惯量和阻尼,在电力系统外部发生功率冲击和故障等情况下,不利于保持系统稳定性。虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）控制借鉴同步发电机转子运动方程,使其拥有旋转部件所具有惯性和阻尼特性。本文对虚拟同步发电机并网运行时暂稳态特性及其优化控制开展研究,主要研究内容如下:首先,本文对同步发电机工作原理进行分析,根据其数学模型推导出定子电压与转子机械方程,通过研究同步发电机调速器与励磁调节器,类比推导出VSG无功-电压环和有功-频率环控制方程表达式,结合电压电流双闭环控制以提升动态响应速度,最后得到虚拟同步发电机总体控制策略。揭示了其与同步发电机之间存在的等效关系,为后续深入研究虚拟同步发电机技术提供理论依据。其次,通过分析VSG等效电路,建立了功率环小信号模型,得到扰动下有功响应的小信号闭环传递函数,重点分析了虚拟惯量J、虚拟阻尼系数D对系统影响,并从暂态特性和稳定裕度等方面研究主要参数设计方法。针对VSG功角特性曲线,分析系统角频率及频率变化率变化趋势,确定惯量和阻尼参数区间内取值原则,研究一种惯量阻尼自适应控制策略。通过Simulink搭建仿真模型,对比分析传统VSG与本文所研究自适应控制效果以及存在的问题。然后,针对自适应控制存在的参数抖动、无法兼顾暂态特性和稳态的控制精度的问题,本文提出了一种基于改进暂稳态特性的VSG控制策略。合理配置控制中暂态功率补偿环节可提升系统暂态增益,暂态阻尼环节能够消除阻尼系数对稳态误差的影响。通过分析改进暂稳态特性VSG控制中主要参数对系统稳定性的影响,确定参数设计准则。并最终通过仿真验证了所提控制具有较好的暂稳态特性。最后,利用实时仿真系统构建半实物实验平台,分别对惯量阻尼自适应控制、改进暂稳态特性VSG控制进行实验验证,验证本文所提改进暂稳态特性的VSG控制的正确性与有效性。