学术︱基于系统稳定性分析的微电网阻抗测量技术
西安交通大学电气工程学院的研究人员侯李祥、卓放等，在2015年第22期《电工技术学报》上撰文，微型电网的稳定性与系统的控制方式以及组网设备的各种参数有关，而这些重要的参数又与微电网的阻抗参数有一定的联系。因此系统输入输出阻抗是分析微电网稳定性的重要参数。
本文对阻抗判据进行了进一步的推导，使其在工程中的应用更加简单；在阻抗判据的基础上提出了一种基于方波电流注入的阻抗测量技术；通过理论分析计算了微电网各组网部分以及微电网整体的阻抗参数；搭建了三相交流微型电网的仿真模型；开发了交流系统谐波阻抗测量装置。计算、仿真与实验结果验证了所提出的方法的正确性与有效性。
近几年，分布式发电获得了越来越多的重视与应用[1,2]。其中以分散的小容量分布式发电系统、储能系统和负荷等组成的微型电网，更是成为国内外的研究热点[3-6]。
相对于大电网，微型电网容量较小，并入新能源的比例较大，并且含有大量的电力电子设备，如各种变流装置以及控制系统。因此在微型电网的设计与运行过程中，必须考虑微型电网的稳定性。
文献[7]研究了微型电网中多个微型电源采用下垂控制时下垂增益如何选择能保证微型电网稳定的问题。文献利用小信号模型研究了微型电网的小扰动稳定性问题，指出大的下垂增益将导致系统不稳定。但上述方法均需对系统进行建模，然后再进行稳定性分析。在实际环境中较难应用。文献[8]通过阻抗参数对系统稳定性进行分析，具有较高的使用价值。文献[9,10]对其进行了推导，使得该判据更加准确。因此微电网阻抗参数的测量就成了关键。
文献[11-14]对直流系统中的阻抗测量方法进行了一些研究。这些方法都是通过对系统的各个频段注入谐波电流对系统施加一个扰动。然后利用扰动引起的谐波电压以及注入的谐波电流来计算被测对象的阻抗参数。这些方法均需要在各个频率上都注入一次谐波电流因此测量时间较长。
国内外对交流系统中的阻抗测量方法也已经进行了一些研究[15-19]。目前已有的方法有投切电容器法、短路测试法和谐波电流注入法等方法。其中，谐波电流注入法是将一个可控的谐波电流注入到电力系统的节点中，并实时测量其对应产生的谐波电压，进而计算被测对象的谐波阻抗。这种测量方法可以在线测量系统的谐波阻抗，且注入谐波电流的波形、幅值、频率均可控，阻抗测量的准确度高，因此得到了广泛的应用。
本文首先分析了交流微型电网的结构，对已有的基于阻抗参数的稳定性判据进行了进一步的分析和推导；其次研究了微型电网各组网部分的谐波阻抗计算方法，其中包括电压型逆变器输出阻抗的计算、电流型逆变器输出阻抗的计算、三角形负荷与星形负荷谐波阻抗的计算以及线路谐波阻抗的计算；本文在第3节对常见的几种阻抗测量方法进行了对比分析，并在此基础上，提出了一种新型阻抗测量方法；最后，对孤岛运行状态下的微型电网的阻抗参数进行了测量，并对阻抗参数的计算数据、仿真数据以及实验数据进行了对比分析。对比分析结果验证了该方法的有效性。
图2 电压型逆变器结构图
结论
系统的谐波阻抗参数是对系统进行基于阻抗判据的稳定性分析的基础，本文对已有的阻抗判据进行了进一步的推导，使其在工程中的应用更加简单。通过理论分析计算了微电网各组网部分以及微电网整体的阻抗参数。提出了改进的基于谐波电流注入的谐波阻抗测量方法，有效测量系统的谐波阻抗的同时，提高了测量速度。搭建了系统的仿真模型，并开发了交流系统谐波阻抗测量装置。仿真、计算与实验结果能够较好地吻合，验证了本文提出的方法的准确性与有效性。
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