2.5 阻抗测量装置

2.5.1 阻抗测量中的谐波注入电路

1.三相注入谐波电路

扫频测量方法中需要向被测电路注入谐波扰动。参考文献[24]介绍了在三相交流系统小信号阻抗测量中几类经典的电流谐波发生电路拓扑，分别是三相桥式变换电路、三相斩波电路和三相H桥级联电路，如图2-15～图2-17所示。

（1）三相桥式变换电路

图2-15所示为一个标准的三相桥式变换电路。在应用该电路进行电流注入时，可以采用电流调节的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）方法，如迟滞调制或增量调制，来产生合适大小的电流。三相桥式变换电路的优点是可以实现对注入电流的精确控制。缺点在于，如果PWM想获得较好的调制分辨率，则六个桥臂逆变器的开关频率须是注入电流谐波最高频率分量的50～200倍，在高频测量中有局限性，特别是对于高功率系统。因此，在可以找到合适晶体管的低压低功率系统中，推荐使用三相桥式变换电路。

（2）三相斩波电路

图2-16所示，三相斩波电路实际上是一个并入系统的三相开关电阻，电阻大小随开关功率晶体管的开断而变化。该电路采用的PWM方法比较特殊，不同于其他PWM中要求开关频率是注入频率的整数倍，这里的开关频率与注入频率相同，PWM占空比在工频上随所需注入角度而变化。三相斩波电路的主要优点是注入频率与上面介绍的三相桥式变换电路相比很低。因此，三相斩波电路更适用于晶体管开关频率有限的中压系统。

（3）三相H桥级联电路

为了测量新能源发电基地内大型光伏、风力等新能源发电装备的频域阻抗特性，设计可靠的兆瓦级的宽频带阻抗测量装置是必要的。图2-17所示是以单个H桥式电路为子模块，级联而成的谐波变流器。拓扑中H桥级联子模块数量越少，则单个子模块均压等级越高，这有利于控制的稳定性。H桥子模块数量越多，则变流器交流侧输出电压等级越高，等效开关频率越高，这更有利于发出高频谐波电压。

2.两相间注入谐波电路

上文中提及的桥式电路和斩波电路还可应用于两相间谐波注入，其拓扑如图2-18和图2-19所示。两类拓扑的优缺点和适用场景在此处与三相谐波注入场景是一样的，不再赘述。图2-20展示了通过斩波电路注入线电流谐波以测量三相系统阻抗。图2-20中测量负载由三相整流二极管电路接入电网，斩波电路由电阻、电感和双向开关串联，双向开关通过PWM控制，在基频线电压的主动作用下可以产生线电流。这种设计的主要缺点是注入电流中存在大量的谐波，不过这些谐波在一定程度上被系统电感滤除，还可以在后续的解调过程中通过数学方法去除。