Sequence Impedance Measurement Method for Grid-connected Converter Based on Two-phase Wide-band Harmonic Disturbance Injection

WU Gaoyang; HU Haitao; TAO Haidong; YANG Xiangyang; LI Xiaopeng; HE Zhengyou

doi:10.7500/AEPS20251208004

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Sequence Impedance Measurement Method for Grid-connected Converter Based on Two-phase Wide-band Harmonic Disturbance Injection

Basic Research | 更新时间：2026-10-16

- Sequence Impedance Measurement Method for Grid-connected Converter Based on Two-phase Wide-band Harmonic Disturbance Injection
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 20, Pages: 99-109(2026)
- 作者机构：
  
  1.西南交通大学电气工程学院，四川省成都市 611756
  2.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川省成都市 610041
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U24A20150);Sichuan Provincial Natural Science Foundation of China(2025ZNSFSC0446);Youth Elite Supported Program from China Railway Society(B260102CRSOT202415)
- DOI：10.7500/AEPS20251208004
  CLC：
- Received：08 December 2025，
  
  Revised：2026-03-14，
  
  Online First：30 July 2026，
  
  Published：25 October 2026
- 稿件说明：
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吴高阳,胡海涛,陶海东等.基于两相宽频谐波扰动注入的并网变流器序阻抗测量方法[J].电力系统自动化,2026,50(20):99-109.

WU Gaoyang,HU Haitao,TAO Haidong,et al.Sequence Impedance Measurement Method for Grid-connected Converter Based on Two-phase Wide-band Harmonic Disturbance Injection[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(20):99-109.
吴高阳,胡海涛,陶海东等.基于两相宽频谐波扰动注入的并网变流器序阻抗测量方法[J].电力系统自动化,2026,50(20):99-109. DOI： 10.7500/AEPS20251208004.

WU Gaoyang,HU Haitao,TAO Haidong,et al.Sequence Impedance Measurement Method for Grid-connected Converter Based on Two-phase Wide-band Harmonic Disturbance Injection[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(20):99-109. DOI： 10.7500/AEPS20251208004.

摘要

精确评估新能源并网变流器的宽频阻抗特性是分析与解决新能源并网系统宽频带振荡问题的重要途径。然而，传统侵入式阻抗测量方法存在扫频注入测量速度慢、需要同时注入三相的局限，且未考虑宽频注入导致的频率耦合干扰问题。文中提出一种基于两相宽频谐波扰动注入的三相并网变流器序阻抗测量方法。该方法通过在任意两相中注入两组幅值相等、相位相差180°的宽频谐波扰动，实现正序与负序扰动的一次性同时注入，从而减少一次注入过程，并显著提升测量速度。针对宽频注入下正负序频率耦合导致的响应混叠问题，设计了奇/偶数段频率分组注入策略，使有效响应与耦合响应交错分布，避免频率混叠。同时，设计了基于背靠背变流器的串联式宽频阻抗测量装置，实现宽频谐波扰动信号的可控输出和准确注入。最后，通过MATLAB/Simulink仿真与RT-LAB硬件在环实验验证了所提测量方法及宽频阻抗测量装置的正确性与有效性。

Abstract

Accurate evaluation of the wide-band impedance characteristics of grid-connected converters for renewable energy is an important approach to analyzing and resolving wide-band oscillations in renewable energy grid-connected systems. Traditional invasive impedance measurement methods have limitations

such as the low measurement speed of frequency-sweep injection and the requirement for three-phase simultaneous injection

and they also fail to consider the frequency-coupling interference caused by wide-band injection. This paper proposes a sequence impedance measurement method based on two-phase wide-band harmonic disturbance injection for three-phase grid-connected converters. By injecting two sets of wide-band harmonic disturbances with equal amplitude and 180° phase difference into any two phases

positive-sequence and negative-sequence disturbances are injected simultaneously in one step

thereby reducing one injection step and significantly improving the measurement speed. To address response aliasing induced by the positive-sequence and negative-sequence frequency coupling during wide-band injection

this paper proposes an odd/even segment frequency grouped injection strategy that interleaves the effective responses with the coupling responses to prevent frequency aliasing. A series-type wide-band impedance measurement device based on the back-to-back converter is also developed

which enables controllable output and precise injection of wide-band harmonic disturbance signals. Finally

the validity and effectiveness of both the proposed method and the measurement device are confirmed via the MATLAB/Simulink simulation and the RT-LAB hardware-in-the-loop experiment.

关键词

Keywords

references

Fan L L ， Miao Z X . Time-domain measurement-based DQ -frame admittance model identification for inverter-based resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2211 - 2221 .

颜云松，薛禹胜，唐冠军，等 . 基于前馈-反馈混合控制的新能源场站精益安全稳定控制系统［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 21 ）： 195 - 207 .

Yan Yunsong ， Xue Yusheng ， Tang Guanjun ， et al . Lean security and stability control system for renewable energy farms and stations based on feedforward-feedback hybrid control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 21 ）： 195 - 207 .

刘芳，刘威，汪浩东，等 . 高比例新能源电力系统振荡机理及其分析方法研究综述［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 1 ）： 95 - 114 .

Liu Fang ， Liu Wei ， Wang Haodong ， et al . Review on oscillation mechanism and analysis methods of high proportion renewable energy power system ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 1 ）： 95 - 114 .

李杨，帅智康，方俊彬，等 . 基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

Li Yang ， Shuai Zhikang ， Fang Junbin ， et al . Stability check method for multi-inverter system based on impedance measurement ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 95 - 101 .

王子涵，郑乐，曹竣淇，等 . Koopman响应驱动预测控制的光伏并网系统次同步振荡鲁棒抑制策略研究［J］. 电工技术学报， 2026 ， 41 （ 2 ）： 575 - 590 .

Wang Zihan ， Zheng Le ， Cao Junqi ， et al . Research on subsynchronous oscillation suppression strategy of PV grid-connected systemvia Koopman-based response-driven predictive control ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2026 ， 41 （ 2 ）： 575 - 590 .

唐圣德，胡海涛，肖冬华，等 . 基于阻抗测量信息的电气化铁路“多车共网”系统稳定性分析［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 19 ）： 6039 - 6053 .

Tang Shengde ， Hu Haitao ， Xiao Donghua ， et al . Stability analysis of electrified railway multiple train-network system based on impedance measurement information ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 19 ）： 6039 - 6053 .

Hu H T ， Yang X Y ， Tao H D ， et al . A novel rapid wideband impedance measurement method for three-phase power system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2025 ， 40 （ 5 ）： 2657 - 2670 .

Zhong P J ， Sun J J ， Qu L F ， et al . An improved PRBS-injection-based grid impedance measurement method considering nonideal grid conditions ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2023 ， 70 （ 6 ）： 6452 - 6456 .

Zhang S Y ， Liu Z P ， Liu J J ， et al . A novel sine sweep impedance measurement method with adaptive incremental perturbation amplitude for power electronics systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2026 ， 41 （ 4 ）： 6715 - 6732 .

Zong H X ， Zhang C ， Cai X ， et al . Oscillation propagation analysis of hybrid AC/DC grids with high penetration renewables ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 4761 - 4772 .

王光宇，付立军，胡祺，等 . 计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 177 - 184 .

Wang Guangyu ， Fu Lijun ， Hu Qi ， et al . Analysis and control of low-frequency oscillation damping of virtual synchronous generator considering influence of voltage loop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 177 - 184 .

张兴，战祥对，吴孟泽，等 . 高渗透率新能源发电并网变流器跟网/构网混合模式控制综述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 21 ）： 1 - 15 .

Zhang Xing ， Zhan Xiangdui ， Wu Mengze ， et al . Review on grid-following/grid-forming hybrid mode control for grid-connected converter in high penetration rate of renewable energy generation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 21 ）： 1 - 15 .

于永军，许立国，林子杰，等 . 基于级联H桥变流器的风电网宽频带谐波阻抗测量装置［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 11 ）： 73 - 83 .

Yu Yongjun ， Xu Liguo ， Lin Zijie ， et al . Wide-band harmonic impedance measurement device for wind grid based on cascaded H-bridge converter ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 11 ）： 73 - 83 .

年珩，李萌，陈亮，等 . 采用多正弦信号注入的宽频带并网逆变器频率耦合特性测量方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7408 - 7420 .

Nian Heng ， Li Meng ， Chen Liang ， et al . Measurement method for broadband frequency coupling characteristics of grid-connected inverter using multi-sine signal injection ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7408 - 7420 .

Shah S ， Koralewicz P ， Wallen R ， et al . Impedance characterization of utility-scale renewable energy and storage systems ［C］// 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE）， 2019 ： 2609 - 2616 .

Xiao D H ， Hu H T ， Chen S Y ， et al . Rapid dq -frame impedance measurement for three-phase grid based on interphase current injection and fictitious disturbance excitation ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2022 ， 71 ： 9006413 .

Roinila T ， Messo T . Online grid-impedance measurement using ternary-sequence injection ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 54 （ 5 ）： 5097 - 5103 .

杨文莉，马俊鹏，孙瑞婷，等 . 基于扰动电压定向的自适应电流源侵入式序阻抗测量［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 12 ）： 122 - 128 .

Yang Wenli ， Ma Junpeng ， Sun Ruiting ， et al . Intrusive sequence impedance measurement of adaptive current source based on disturbance voltage orientation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 12 ）： 122 - 128 .

吴旭，王伟，肖华锋，等 . 并网逆变器整体序阻抗建模方法及其稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 9 ）： 3645 - 3656 .

Wu Xu ， Wang Wei ， Xiao Huafeng ， et al . Overall sequence impedance model of grid-connected inverter and its stability analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 9 ）： 3645 - 3656 .

Man J F ， Xie X R ， Xu S K ， et al . Frequency-coupling impedance model based analysis of a high-frequency resonance incident in an actual MMC-HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 6 ）： 2963 - 2971 .

Xu Y Y ， Nian H ， Wang T ， et al . Frequency coupling characteristic modeling and stability analysis of doubly fed induction generator ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 1475 - 1486 .

陈燕东，曹世骧，伍文华，等 . 35 kV/1 MVA宽频带导纳测量装备与频率耦合导纳测量方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8701 - 8719 .

Chen Yandong ， Cao Shixiang ， Wu Wenhua ， et al . 35 kV/1 MVA broadband admittance measurement equipment and frequency-coupling admittance measurement method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8701 - 8719 .

ZHANG Y X ， DU X ， SHI Y ， et al . Impedance scanning method of grid-tied converters under nonzero grid impedance condition ［C］// 2019 IEEE 10th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems （PEDG）， 2019 ： 728 - 733 .

伍文华，蒲添歌，陈燕东，等 . 兆瓦级宽频带阻抗测量装置设计及其控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4096 - 4106 .

WU Wenhua ， PU Tiange ， CHEN Yandong ， et al . Megawatt wide-bandwidth impedance measurement device design and its control method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4096 - 4106 .

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