有源测量方法需向被测系统中注入扰动信号,然后采集被测设备端口电压与电流的扰动响应来计算阻抗。有源测量方法有很多,如阻抗扫描频率法、电容器投切法等。阻抗扫描频率法又称“扫频法”,是一种常见的有源测量方法。扫频法通过向系统注入扰动信号,根据待测端口电压、电流的响应情况计算出阻抗值。本书中涉及的阻抗测量方法均属于扫频法。
扫频法需要专门的设备注入扰动信号,因为注入外部谐波会影响系统正常运行,所以扫频法多用于离线测量。以风电机组阻抗半实物测量为例,主要步骤是将待测风电机组的控制器接入RTDS或RT-LAB等实时仿真系统,将风电机组与模拟电网装置相连后运行。在待测风电机组与模拟电网的并网点处注入扰动信号,同时采集风电机组的输出电压、电流数据。通过傅里叶分析等方法,可计算得到风电机组的阻抗。
除了通过专门的测量设备注入扰动,还可以利用系统中存在的设备。电容器投切法通过对投切电容器后几个周波的电压、电流进行陷波处理,在经过小波分析消除噪声后获取可以利用的频域信息,完成对电网阻抗的测量。电容器投切法的优点是无需专用的扰动装置,成本低;缺点是电容器投切产生的谐波电流大小不可控,影响测量精度。除电容器外,含有变流器的设备,如静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)、静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STAT-COM)等,也可以产生扰动信号。参考文献[19]提出使用风电场中配备的STAT-COM产生不同频率的扰动信号,并将其作为在线阻抗测试的扰动源。此方法的缺陷在于,由于设备位置固定,无功补偿设备与不同风电机组间的距离不同,测量效果会随距离的增长而下降。扰动信号经过了多级变压器和母线而层层衰弱,在远处容易受噪声干扰,造成阻抗特性曲线不平滑、测量精度差。