近年来随着光伏渗透率的提高,大量光伏逆变器以电力电子接口的形式并入电网,给电力系统的稳定运行提出了新的问题,而虚拟同步机通过在控制中引入同步发电机的转子机械方程和定子电气特性方程,可以使逆变器以同步发电机的特性运行,为系统提供惯量和阻尼,对维持电力系统稳定具有良好的支撑作用。同时随着光伏渗透率的提高,长距离的输电线路会使末端电网呈现出弱电网特性,针对弱电网下的特殊运行环境,研究基于虚拟同步机的逆变器并网控制方法具有重要意义。本文首先对弱电网下的三相光伏逆变器进行建模分析,介绍虚拟同步机的多环控制策略,外环控制为功率环,通过同步发电机的转子运动方程及有功无功调节特性的引入,使逆变器能够模拟同步发电机运行特性;内环为电压电流控制环,能够稳定输出电压,提高并网电流的动态响应速度。对逆变器的输出外特性进行分析,表明在弱电网环境下输出有功无功功率存在耦合,并通过在定子电气方程中添加虚拟阻抗的方法减弱功率耦合的影响。其次针对无源控制参数简单,在弱电网下具有较快响应速度和较强鲁棒性的特点,建立系统的欧拉-拉格朗日方程,引入阻尼完成无源控制器的设计,并对VSG的电流控制内环进行改进。建立内环控制在弱电网下的传递函数,画出开环Bode图,对比分析采用PI控制的电流内环和无源控制的电流内环对系统控制性能的影响。最后分析虚拟转子惯量和阻尼系数对系统控制性能的影响,然后针对弱电网下,系统功率频率易发生扰动的情况,提出一种VSG的虚拟转子惯量自适应的方法,通过系统扰动过程中频率的变化,实时调节虚拟转子惯量,从而达到在有功功率给定变化时,减弱系统振荡,减小系统频率超调的效果。并与固定虚拟转子惯量的VSG作对比,验证自适应算法在抑制系统振荡中的优越性。在对以上研究内容进行仿真验证的基础上,完成系统的硬件电路设计和软件程序的编写,搭建一台1.5kVA的三相光伏逆变器实验样机,并对所提控制算法进行实验验证。