1. 课程导入与弱电网问题界定
并网逆变器在理想强电网下通常表现得相当“听话”：电网电压幅值和频率稳定，短路容量大，逆变器输出电流对电网电压的影响可以忽略。但当逆变器接入偏远地区、海岛微网、长距离馈线末端或高比例新能源渗透的配电网时，电网呈现明显的“弱”特征——短路比降低、阻抗增大、电压对功率波动敏感。此时，原本稳定的电流环、锁相环和电压前馈之间会产生复杂耦合，轻则功率振荡、谐波放大，重则逆变器脱网甚至引发区域连锁失稳。本课程要解决的，正是如何识别、分析和应对这类弱电网稳定性问题。
一、弱电网的界定与典型失稳现象
工程上常用短路比（SCR）衡量电网强弱。SCR定义为公共连接点（PCC）处电网短路容量与逆变器额定容量之比。当SCR低于3时，通常认为进入弱电网范畴；低于2时属于极弱电网。另一个等价指标是电网阻抗与逆变器输出阻抗之比，该比值越大，耦合越强。弱电网的核心物理特征是：逆变器注入的电流会在电网阻抗上产生不可忽略的电压降，进而改变PCC电压，反过来影响逆变器自身的控制行为，形成正反馈路径。
典型失稳现象包括以下几类：
- 低频功率振荡：频率通常在几赫兹到几十赫兹，表现为有功、无功周期性摆动，常与锁相环带宽和电网阻抗相关。
- 谐波谐振放大：逆变器输出阻抗与电网阻抗在某一频率处相位交叠，导致该次谐波被显著放大，常见于10~50次附近。
- 次同步振荡：在含串联补偿或高比例电力电子设备的系统中，可能出现数赫兹至数十赫兹的持续振荡。
- 电压失稳与脱网：PCC电压持续跌落或抬升，触发过/欠压保护，逆变器批量脱网。
这些现象的共同根源是：逆变器控制环路（尤其是锁相环和电流环）在弱电网下带宽与电网阻抗不匹配，导致相位裕度不足。理解这一点，是后续建模、分析和改进的起点。
二、学习目标与核心术语
完成本课程后，学习者应能够：
- 用短路比、阻抗比等指标判断并网点的电网强弱程度；
- 建立并网逆变器在弱电网下的等效阻抗模型，识别关键耦合路径；
- 使用阻抗分析法或状态空间法判断系统稳定性，并定位失稳频率；
- 针对锁相环、电流环、电压前馈等环节提出参数调整或附加阻尼策略；
- 在仿真与实验平台上复现典型失稳现象并验证改进效果。
核心术语需要先统一：PCC（公共连接点）是逆变器与电网的电气交界；SCR（短路比）表征电网强度；Zg为电网等效阻抗，Zo为逆变器输出阻抗；PLL（锁相环）用于提取电网相位；阻抗比为Zg/Zo，其幅值与相位关系决定系统稳定裕度。后续章节将反复使用这些量，建议在此建立清晰概念。
三、整体分析框架
本课程采用“建模—分析—改进—验证”的闭环框架。首先将逆变器控制环节线性化，得到其输出阻抗频率特性；同时将电网等效为阻抗网络。然后利用阻抗比判据或奈奎斯特判据判断稳定性，并识别失稳频率与主导环节。接着针对主导环节设计改进措施，如降低PLL带宽、增加虚拟阻抗、引入电压前馈补偿等。最后通过仿真和实验验证改进效果。
下面用一张信号链与阻抗关系图，把弱电网下逆变器与电网的交互关系直观呈现出来。图中左侧为逆变器控制与输出级，右侧为电网等效阻抗，中间通过PCC电压和电流形成闭环耦合。
从图中可以看到，逆变器并非独立电流源，其输出电流Iinv在Zg上产生电压降，改变PCC电压Upcc，而Upcc又通过PLL和电压前馈影响逆变器自身控制。当Zg较大时，这条反馈路径增益升高，系统相位裕度被侵蚀。后续章节将分别对PLL、电流环和电网阻抗建模，量化这条路径的增益与相位，并给出稳定判据。
本课程后续将按照“阻抗建模→稳定性判据→参数影响分析→改进策略→仿真验证”的顺序展开。每一章都会围绕一个具体问题，给出可计算的模型、可观察的现象和可执行的调整方法。建议在学习过程中同步记录关键参数和仿真波形，形成自己的分析笔记。