2.4.1 扫频扰动信号类型

扰动信号的类型可以简单区分为单频信号和宽频信号。单正弦信号是典型的单频信号，具有测量精度高的优点。宽频信号类型很多，如多正弦叠加信号、伪随机序列信号和脉冲信号等 ^[20] ，具有信号注入时间短、信噪比高的特点，在阻抗测量中被大量地采用。在阻抗法分析中，并网模型被分解为代表新能源设备的“源”以及代表电网阻抗的“网”两个子系统，所以阻抗测量对象也包含“源”和“网”两类。针对新能源设备的阻抗时变性不强的特点，一般通过注入周期性的正弦信号进行分析。而针对电网阻抗的测量，正弦扫描由于其测量时间太长，并不适用于在线测量。此外，电网具有基频浮动、谐波变化、非特征次谐波等特点，无法通过周期平均的方式来消除噪声，所以一些基于脉冲信号、伪随机序列等的宽频带激励方法更适合对电网阻抗进行测量。

常见的新能源设备一般通过注入周期性的正弦信号就可以很好地进行分析。单频率注入测量的效率比较低，但是无需考虑注入频率间的耦合和频谱泄漏问题，具有测量精度高的优势。多频率正弦信号同时注入必须考虑频率耦合的影响，且注入频率间隔不能太小，以避免频谱泄漏。为将耦合的正负序信号分离，往往在频域处理后对信号做进一步的正负序分解处理。变频正弦信号时域波形如图2-6所示，变频脉宽调制信号时域波形如图2-7所示。

除多正弦信号类型外，宽频带信号还包括伪随机序列信号、脉冲信号和变频信号等类型。这里以电网阻抗测量的典型应用场景为例，介绍一些脉冲信号与伪随机序列信号的特点。

基于脉冲信号扰动的在线测量是一种简单实际的方法，通过向电网中注入脉冲信号来获得宽频范围的响应。参考文献[21]通过谐波发生装置在并网点注入脉冲信号进行阻抗测量，其设置两组实验。一组是在电网电压过零点处注入50/3kHz的周期性电流脉冲激励后的电路，另一组是没有注入激励的电路，让两组电路的电压和电流信号在经过快速傅里叶变换后的频域信号经过如下计算：

式中， v _n 和 分别为系统正常状态和扰动状态下的相交部分的离散频率复变量； 和 i _n 分别为系统对应的频率响应。该方法可以测出系统在50/3kHz处的阻抗频率特性。

为应对电网的不平稳问题，参考文献[22]提出了一种使用周期间差分的计算方式：

该方式可以实时测量电网阻抗 Z _k ，每一个激励脉冲来自于两个周期的扰动/非扰动周期观测。该类方法中的d v _k 和d i _k 分别为差分电压和电流的复向量。这种方法记录只有一个周期长，非常适合实时微分处理器的实现。

基于脉冲扰动的在线测量技术简单易产生，但是精度受到脉冲信号本身频谱能量分布的限制。针对电网阻抗测量，当电网阻抗较低时，需要较大扰动注入，这可能干扰到逆变器的正常运行。此外，因为频谱平均技术无法轻易降低测量噪声，所以在基波周期内的大脉冲电流注入是需要注意的。

相较于脉冲扰动会对测量设备运行造成影响，伪随机二进制序列（Pseudo Random Binary Sequence，PRBS）信号则能够克服这一缺陷。最大长度二进制序列（Maximum-Length Binary Sequence，MLBS）是PRBS信号中比较常用的一种，使用MLBS代替脉冲注入，可以通过频谱平均多个周期来实现降低噪声的计算。脉冲注入与MLBS注入如图2-8所示。MLBS可以通过反馈移位寄存器电路产生，如图2-9所示。生成信号的长度为2 ⁿ -1，可以通过配置 n 个移位寄存器来实现。参考文献[21]提出使用离散区间二进制序列（Discrete Interval Binary Sequence, DIBS），该信号也是一类PRBS信号，主要应用于高速串行通道的误码率测试。该信号被应用于阻抗测量中，其优点是不需要大的扰动注入即可进行测量，适合低信噪比和幅值受限的运行场景。