高比例电力电子设备接入是新型电网的主要特征之一,电力电子设备在发挥其电能形式变换灵活、参数调节迅速等优势的同时,正深刻地改变着新型电网的稳定运行方式并带来了新的挑战,主要体现在:（1）新能源电力电子换流器替换了大量传统同步电机,导致新型电网的惯量响应降低、频率调节能力下降;（2）换流器的无功支撑和故障穿越能力不足,在新能源经直流外送系统中由换相失败和直流闭锁等故障导致的暂态电压问题不断发生;（3）新能源侧和电网侧的电力电子设备相互耦合引发的宽频振荡问题持续复杂化。随着新型电网电力电子化程度的逐渐提升,各类问题相互影响促进,成为影响新型电网安全稳定运行的隐患。以同步电机为主体的传统电力系统在应对上述挑战时的技术手段及控制方法已经十分成熟,同步电机的惯量响应、无功调节及励磁阻尼控制等优势对电网的稳定性起了强大的支撑作用。借鉴传统电网的稳定性原理,现有的大多数研究通过改进电力电子器件的控制方法以模拟同步机的优良属性,但是受限于电力电子器件本身的耐受范围仍然无法达到同步电机的效果。基于此,课题组从新能源并网方式出发,提出了新能源同步机（Motor-Generator Pair,MGP）并网新方案,本文进一步探究MGP并网技术在频率、电压、振荡三方面的作用,结合理论、仿真、实验结果,最终揭示了其对新型电网稳定性的提升作用。本文的主要研究内容和创新性成果如下:（1）提出了与新能源输出功率相配合的MGP并网矢量控制方法,开展了MGP的可行性分析首先分析了 MGP提出的物理基础,介绍了 MGP结构和工作原理,通过工作效率和成本效益对其经济性进行了讨论;理论方面,建立了 MGP的数学模型并分析了其功角和功率传输特性,在此基础上,结合新能源机组的功率预测模型提出了新能源经MGP并网的矢量控制方法;实验方面,建立了光伏驱动MGP并网的样机系统,在实验系统中对MGP的功角特性和有功功率矢量控制方法进行了实验分析。实验结果表明MGP可以通过换流器启动、运行,并能成功实现带负载、并网等基本功能;所提出的MGP矢量控制方法可以实现新能源驱动MGP并网传输功率的有效控制。（2）分析了 MGP的惯量支撑响应及其对系统频率稳定的提升作用,并进行了仿真和实验研究MGP本体特性方面,通过阐述惯性的本质分析了MGP的惯量支撑作用,推导了 MGP单机系统的频率响应模型,研究了 MGP的频率响应及扰动抑制能力;建立了新能源经MGP并网的多机系统频率响应（System Frequency Response,SFR）模型,结合理论计算和仿真模型,分析了以频率响应的关键动态指标为约束条件时MGP对新能源临界渗透率的提升作用;最后,搭建实验系统对MGP的惯量支撑作用和频率响应特性进行了实验分析。结果表明,MGP的惯量支撑作用能够减小系统的功率不平衡,提高了频率稳定性。（3）从MGP的短路容量支撑作用和无功调节特性两方面,分析了 MGP对新能源场站电压稳定性的提升作用结合算例计算和仿真结果,分别通过P-V曲线、V-Q曲线、短路比指标等方法分析了 MGP对新能源场站静态电压稳定裕度的提升作用;揭示了新能源采用MGP并网后的无功调节机理和电压故障穿越能力,在仿真模型中分析了 MGP对新能源经直流外送系统中电压跌落及暂态过电压的抑制作用;在实验系统中对MGP的短路容量及故障穿越能力进行了验证。结果表明,短路后MGP能够提供短路容量并且可以帮助新能源成功实现电压故障穿越。（4）探究了 MGP对新型电网振荡的改善作用从MGP的阻尼特性、谐波隔离特性及其对电网强度的提升作用等方面,结合理论和实验结果分析了 MGP抑制电网振荡的可行性;分别建立了新能源经MGP并网的单机系统和含MGP系统的新能源多机并网系统的线性化状态模型,结合模态分析法和时域仿真分析了 MGP对源侧新能源振荡模态和网侧新能源换流器振荡模态的影响。结果表明,MGP接入后可以提升新能源振荡模态对应的阻尼比,有效提升了新能源多机系统的电网强度,并隔离了源侧和网侧电力电子器件的相互耦合从而改善新型电网的振荡。