3. 弱电网阻抗特性与短路比
并网逆变器在强电网下通常表现稳定，但接入弱电网后，同样的控制参数却可能出现振荡、谐波放大甚至失稳。造成这一差异的根本原因，是电网并非理想电压源，而是带有不可忽略的等效阻抗。本节围绕电网阻抗建模、短路比定义、阻抗角影响以及强弱电网的量化划分展开，为后续稳定性分析建立统一的量化基础。
一、电网阻抗从何而来
从逆变器并网点（PCC）向电网侧看，电网可等效为一个理想电压源 E_g 串联一个等效阻抗 Z_g。这个阻抗主要来自三部分：
- 输电线路阻抗：长距离架空线或电缆的电阻与电抗，电抗随线路长度和电压等级增大；
- 变压器漏抗：升压变压器、主变的短路阻抗折算到并网点；
- 上级电网等效阻抗：由更大范围电网的短路容量折算而来。
在工频附近，电网阻抗通常呈感性，可写成 Z_g = R_g + jωL_g。其中 R_g 主要来自线路电阻，L_g 来自线路电感和变压器漏感。工程上常用两个量描述它：阻抗幅值 |Z_g| 和阻抗角 θ_g = arctan(ωL_g / R_g)。纯感性电网 θ_g ≈ 90°，纯阻性电网 θ_g ≈ 0°，实际电网介于两者之间。
需要强调的是，Z_g 不是常数。线路投切、负荷变化、相邻逆变器出力波动都会改变它，因此弱电网分析往往要针对一组阻抗工况而非单一工况。
二、短路比的定义与物理含义
短路比（Short Circuit Ratio, SCR）是衡量电网强弱最常用的指标，定义为并网点短路容量与逆变器额定容量之比：
SCR = S_sc / S_n = (E_g² / |Z_g|) / S_n其中 S_sc 为并网点短路容量，S_n 为逆变器（或场站）额定容量。SCR 越大，说明电网等效阻抗越小、电压越"硬"，逆变器电流对并网点电压的影响越小；SCR 越小，说明电网越"软"，逆变器注入电流会在 Z_g 上产生明显压降，PCC 电压随电流变化而波动，控制与电网之间耦合增强。
例如某 1 MW 逆变器接入点，测得 |Z_g| = 0.5 Ω，线电压 E_g = 400 V，则 S_sc = 400² / 0.5 = 320 kVA，SCR = 320/1000 = 0.32，属于极弱电网。若 |Z_g| = 0.05 Ω，则 S_sc = 3.2 MVA，SCR = 3.2，属于较强电网。可见 SCR 与 |Z_g| 成反比，阻抗越大电网越弱。
三、阻抗角的影响
仅用 SCR 描述电网并不完整，因为相同 |Z_g| 下，阻抗角不同，稳定性表现可能截然不同。阻抗角决定了电压对电流扰动的响应方向：
- 感性主导（θ_g 接近 90°）：电流变化主要引起无功性质的电压变化，PCC 电压相位偏移明显，容易与逆变器锁相环（PLL）动态耦合，诱发次同步或低频振荡；
- 阻性主导（θ_g 接近 0°）：电流变化主要引起有功性质的电压变化，电压幅值波动更突出，容易与直流电压外环、有功控制相互作用；
- 阻感混合（θ_g 在 30°～70°）：两种耦合同时存在，稳定性边界通常更复杂。
因此工程上常把 SCR 与阻抗角 θ_g 联合使用，构成二维的电网强度描述。仅凭 SCR 判断强弱，可能在同一 SCR 下得到不同的稳定结论。
四、强弱电网的量化划分
依据 SCR 的常用工程划分如下（以逆变器或场站额定容量为基准）：
| 电网类型 | SCR 范围 | 典型特征 |
|---|---|---|
| 强电网 | SCR > 3 | 阻抗小，PCC 电压稳定，耦合弱 |
| 弱电网 | 2 < SCR ≤ 3 | 阻抗明显，控制耦合增强 |
| 极弱电网 | SCR ≤ 2 | 阻抗大，易振荡，需专门稳定措施 |
需要注意，不同标准或文献的划分阈值略有差异，有的以 SCR=3 为强弱分界，有的以 SCR=2 为极弱分界。实际工程中应结合阻抗角、控制带宽和现场录波综合判断，而不是机械套用单一阈值。
五、从阻抗到短路比的换算流程
实际分析中，通常先获得电网阻抗，再换算为 SCR，最后结合阻抗角判断电网强度。下图给出这一关系链：
图中左侧三个来源叠加为并网点等效阻抗 Z_g，再由 |Z_g| 换算短路比、由 θ_g 描述耦合性质，两者共同决定电网强弱。这一关系链说明：SCR 是"量"的指标，阻抗角是"质"的指标，缺一不可。
Z_g，可通过并网点电压电流的扰动响应辨识阻抗，或由上级变电站提供的短路容量数据反推。辨识时建议在多个频率点测量，以捕捉阻抗的频率特性，而不仅取工频值。
综上，弱电网分析的第一步是建立 Z_g 的等效模型，第二步是由 |Z_g| 计算 SCR 完成强弱量化，第三步是结合 θ_g 判断耦合性质。三者共同构成后续稳定性分析的输入条件。