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可再生能源通过快速响应的并网换流器接入电网,这种零惯量电源替代旋转电源接入电网,导致电网的等值惯量下降、对负荷波动的敏感性增加。虚拟同步机通过模拟同步发电机的转子运动方程和定子电气方程,控制并网逆变器具有同步机的输出特性,可以提供虚拟惯量,自主地参与电网调节,有效解决新能源发电频率支撑能力不足的问题。然而,目前对虚拟同步机如三重物理约束、惯量实时测量等方面的研究还不够充分。提升应用效果,本文建立了电池储能型虚拟同步发电机系统模型,研究了虚拟同步机的物理约束,提出一种适用于虚拟同步机的惯量测量方法,在三重物理约束及惯量实时测量的基础上提出一种虚拟同步机交直流侧协调控制方法。本文的主要研究内容包括:1)针对微网中的虚拟同步机系统,建立数学模型和仿真模型,包括虚拟同步机直流侧可控电压源和固定电阻串联的电池储能系统等效电路模型,电池电压与电池剩余电量相关数学模型,采用双闭环控制的双向Buck-Boost电路模型和虚拟同步机小信号模型。2)对现有的虚拟同步机物理约束进行了梳理,提出了虚拟同步机交流侧功率约束,并对虚拟同步机突破直流侧能量约束、直流侧功率约束和交流侧功率约束进行了定性分析。3)本文在研究现有的同步机惯量测量方法的基础上,探讨了适用于虚拟同步机的惯量测量方法,4)在虚拟同步机交直流侧物理约束和惯量测量方法的基础上提出了一种虚拟同步机交直流侧协调控制方法。通过PSCAD/EMTDC(?)仿真软件搭建了虚拟同步机数字仿真模型,对虚拟同步机物理约束、惯量测量方法、交直流侧协调控制方法三个方面进行了验证。仿真结果验证了惯量测量方法和交直流侧协调控制方法的有效性。