分布式发电比重增大是现代电力系统的重要特征之一,逆变器作为连接分布式发电与大电网的重要电力电子接口,它的控制方式多种多样。借助电力系统的现有理论知识,使逆变器能够模拟同步发电机特性,从而将发电侧所有发电单元统一为同步发电机模型、简化电力系统的控制以及增加电力系统中总的转动惯量,是逆变器设计的主流思想之一,并将此种逆变器称为虚拟同步发电机。本文设计了一种虚拟同步发电机控制器,它与真实同步发电机模型高度近似,具有虚拟调速器、虚拟励磁控制器、转子运动方程和电磁暂态方程等。经仿真验证,本文设计的虚拟同步发电机与同参数的同步发电机特性趋于一致。本文第一章讨论了现代电力系统的发展方向以及微电网和分布式发电的发展现状;介绍了逆变器的典型结构以及恒流控制、恒压频控制、恒功率控制、下垂控制四种传统的控制方法;列举了国外电流型和电压型两大类虚拟同步发电机控制器的设计思路及各自优劣;提出了本文的主要研究内容及思路。第二章分析了发电机的数学模型和一些重要方程,继而模仿同步发电机的控制方式和数学模型,在逆变器的控制器设计中构造了对应的虚拟调速器、虚拟励磁器等虚拟控制单元,使逆变器与同步发电机的控制模型趋于高度一致;在机端电压控制中,添加了双PI环节,使得逆变器与同参数的同步发电机特性趋于高度相似;阐述了虚拟同步发电机控制器设计中转动惯量、电磁转矩等关键参数的计算和选择方法;列举了逆变器工作过程中的两个重要环节:锁相和孤岛检测的原理及实现。第三章主要分四个部分讲述了逆变器样机的设计。第一部分包括输出侧交流滤波器设计、直流支撑单元设计、驱动及缓冲电路设计等,均包含大功率信号通路。第二部分为12V以下的弱电信号部分,包括核心板、底板、转接板、采样板等的工作原理及设计思路。第三部分讲述了虚拟同步发电机控制策略的软件实现。第四部分介绍了该样机中显示和通信两个人机交互端口的设计。本文第四章通过仿真对文中设计的虚拟同步发电机的离网稳态特性、离网动态特性做了论述;分析了加入PI环节的并网动态特性、不加入PI环节的并网动态特性,证明了PI环节对虚拟同步发电机与同步发电机一致性的重要性。本章末尾展示了第三章设计的样机实物。