2025年配电谐波源识别试卷与答案

2025年配电谐波源识别试卷与答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪类设备不属于典型的稳态谐波源？A.晶闸管整流器B.电弧炉C.变频调速装置D.LED照明电源2.基于阻抗法的谐波源定位技术中，关键参数是：A.公共连接点（PCC）的谐波电压与电流相位差B.系统侧与用户侧的谐波阻抗比C.谐波次数与幅值的相关性D.谐波功率的方向3.某10kV配电系统中，监测到3次谐波电压含有率（HRU3）为4.2%，5次为3.1%，7次为2.5%，总谐波畸变率（THDu）最接近：A.5.3%B.6.1%C.7.0%D.8.2%4.小波变换相较于傅里叶变换在谐波检测中的优势在于：A.更适合分析稳态谐波B.能同时提供时频域信息C.计算复杂度更低D.对非平稳信号适应性差5.以下哪种方法属于基于数据驱动的谐波源识别技术？A.谐波功率方向法B.支持向量机分类C.阻抗矩阵法D.谐波潮流计算6.配电系统中，单相非线性负载（如计算机电源）主要产生的谐波次数为：A.奇次谐波（3、5、7次等）B.偶次谐波（2、4、6次等）C.间谐波（非整数次）D.次谐波（低于基波频率）7.依据GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》，380V系统中，5次谐波电压限值为：A.4.0%B.3.2%C.2.4%D.1.6%8.谐波源识别中，“特征提取”的核心目的是：A.降低数据维度，突出谐波源独特属性B.提高采样频率C.消除测量噪声D.计算谐波功率9.当配电系统中存在多个谐波源时，基于“波形匹配”的识别方法主要依赖：A.各谐波源的阻抗特性差异B.谐波电流的时域波形特征（如上升沿、脉宽）C.谐波电压的幅值分布D.系统侧与用户侧的有功功率流向10.以下哪种设备对间谐波更敏感？A.感应电动机B.电容器组C.数字式保护装置D.电力变压器二、填空题（每空1分，共15分）1.谐波源按运行特性可分为稳态谐波源和________谐波源，其中电弧炉属于________谐波源。2.谐波检测的常用仪器包括________、________和电能质量在线监测装置。3.总谐波畸变率（THD）的定义是________与基波分量的方均根值之比，用百分比表示。4.基于“谐波责任划分”的阻抗法中，系统侧谐波阻抗可通过________试验或________法估算。5.小波变换的时频分辨率特性表现为：高频信号________，低频信号________。6.新能源接入配电系统时，光伏逆变器主要产生________次谐波，电动汽车充电桩因整流电路特性易产生________次谐波。7.间谐波的频率通常为基波频率的________倍，其检测需采用________或加窗插值FFT算法以提高精度。三、简答题（每题8分，共32分）1.简述配电系统谐波源的主要分类及其典型设备。2.对比分析谐波功率方向法与阻抗法在谐波源定位中的优缺点。3.说明基于机器学习的谐波源识别流程，并列举两种常用特征参数。4.解释“谐波发射水平”的定义及其在谐波源管理中的作用。四、计算题（共20分）某10kV配电系统公共连接点（PCC）监测数据如下：基波电压有效值：10.5kV3次谐波电压有效值：0.42kV5次谐波电压有效值：0.31kV7次谐波电压有效值：0.25kV系统侧谐波阻抗ZS（3次）=2.5Ω，用户侧谐波阻抗ZL（3次）=1.2ΩPCC点3次谐波电流有效值：20A（系统侧流向用户侧为正方向）（1）计算3次、5次、7次谐波电压含有率（HRU3、HRU5、HRU7）及总谐波畸变率（THDu）。（8分）（2）采用阻抗法判断3次谐波源主要来自系统侧还是用户侧，并说明依据。（12分）五、综合分析题（共13分）某城市配电网因大量电动汽车充电桩接入，出现电压畸变率超标（THDu=5.8%，国标限值为5%）。监测数据显示：3次谐波含有率3.2%（限值4%），5次2.8%（限值3%），7次1.5%（限值2%），且PCC点谐波电流主要流向用户侧。（1）分析可能的谐波源类型及产生机理。（5分）（2）提出三种谐波源识别的具体方法，并说明各自适用性。（8分）答案--一、单项选择题1.B（电弧炉属于非稳态谐波源）2.B（阻抗法通过比较系统侧与用户侧谐波阻抗比定位）3.A（THDu=√(4.2²+3.1²+2.5²)≈5.3%）4.B（小波变换同时具备时频分析能力）5.B（支持向量机是数据驱动方法）6.A（单相整流负载主要产生奇次谐波）7.B（380V系统5次谐波电压限值为3.2%）8.A（特征提取的核心是降维并突出独特属性）9.B（波形匹配依赖时域波形特征）10.C（数字装置对间谐波更敏感）二、填空题1.非稳态；非稳态2.谐波分析仪；便携式电能质量检测仪3.各次谐波分量方均根值的平方和的平方根4.短路；背景谐波法5.时间分辨率高；频率分辨率高6.低次（2-5次）；奇次（3、5、7次）7.非整数；多分辨率小波分解三、简答题1.分类及典型设备：（1）稳态谐波源：运行特性稳定，谐波幅值、相位波动小，如晶闸管整流器、变频调速装置、LED电源；（2）非稳态谐波源：运行中参数波动大，谐波时变显著，如电弧炉、电焊机、风力发电机（变流器控制波动时）；（3）间谐波源：产生非整数次谐波，如感应加热设备、部分电力电子变换器（PWM控制时）。2.对比分析：谐波功率方向法：优点是原理简单，通过谐波功率方向（P=U×I×cosθ）判断，当P>0时谐波源在负载侧；缺点是受系统阻抗角影响大，轻载时可能误判。阻抗法：优点是考虑系统与用户侧阻抗特性，通过U=ZS×IS+ZL×IL定位，准确性高；缺点是需准确获取系统侧谐波阻抗（实际中难以直接测量），计算复杂度较高。3.机器学习识别流程：（1）数据采集：通过监测装置获取谐波电压、电流的时域/频域数据；（2）特征提取：提取谐波含有率、THD、谐波相位差、波形峭度/熵值等；（3）模型训练：用支持向量机（SVM）、随机森林等算法训练分类模型；（4）分类识别：输入新数据，模型输出谐波源类型（如整流器、电弧炉等）。常用特征参数：谐波次数-幅值分布、谐波电流畸变率（THDi）、谐波相位角。4.谐波发射水平定义：用户在公共连接点产生的谐波电流（或电压）的最大允许值，反映用户对电网谐波的贡献程度。作用：用于谐波责任划分，当用户发射水平超过限值时，需采取治理措施（如加装滤波器）；同时为电网规划提供依据，确保新增负载后系统谐波水平达标。四、计算题（1）谐波电压含有率计算：HRU3=(0.42/10.5)×100%=4%HRU5=(0.31/10.5)×100%≈2.95%HRU7=(0.25/10.5)×100%≈2.38%THDu=√(4²+2.95²+2.38²)≈√(16+8.7+5.66)=√30.36≈5.51%（2）阻抗法判断：根据U=ZS×IS+ZL×IL，PCC点谐波电压U3=0.42kV=420V（相电压？假设为线电压则需转换，此处按线电压计算）。设系统侧谐波电流为IS，用户侧为IL，根据基尔霍夫电流定律：IS+IL=I3（监测电流）。假设监测电流I3=20A（系统侧流向用户侧，即IS=-IL+20）。代入U3=ZS×IS+ZL×IL=2.5×(-IL+20)+1.2×IL=-1.3IL+50=420V？显然单位错误（10kV系统线电压基波为10.5kV，3次谐波电压应为相电压？修正为相电压：基波相电压=10.5kV/√3≈6.06kV，3次谐波相电压=0.42kV/√3≈0.242kV=242V）。重新计算：U3=242V=ZS×IS+ZL×IL=2.5×IS+1.2×IL。监测电流I3=ISIL=20A（系统侧流向用户侧，IS为系统流出，IL为用户流出，故I3=ISIL）。联立方程：2.5IS+1.2IL=242ISIL=20→IS=IL+20代入得：2.5(IL+20)+1.2IL=242→3.7IL+50=242→IL=192/3.7≈51.89A（用户侧流出电流）IS=51.89+20=71.89A（系统侧流出电流）谐波源位置判断：若用户侧谐波电流IL大于系统侧IS，则谐波源主要在用户侧。此处IL=51.89A>IS=71.89A？不，IS更大，说明系统侧提供更多谐波电流，因此3次谐波源主要来自系统侧。（注：实际中需考虑阻抗比，当ZL/ZS>(U3/I3)/ZS时，用户侧为主要源，此处ZL/ZS=1.2/2.5=0.48，(U3/I3)/ZS=(242V/20A)/2.5Ω=12.1Ω/2.5Ω=4.84>0.48，故用户侧为主要源。可能之前假设有误，正确方法应为：谐波源定位公式为当IL/IS>ZS/ZL时，用户侧为主。此处IL=51.89A，IS=71.89A，IL/IS≈0.72，ZS/ZL=2.5/1.2≈2.08，0.72<2.08，故系统侧为主。）五、综合分析题（1）可能的谐波源类型及机理：类型：电动汽车充电桩（单相或三相整流装置）。机理：充电桩通常采用AC-DC整流电路（如二极管整流或PFC电路），整流过程中电流波形畸变，产生大量奇次谐波（3、5、7次）；由于充电功率时变（快充/慢充切换），可能引发非稳态谐波；多台充电桩同时运行时，谐波叠加导致THDu超标。（2）识别方法及适用性：①谐波功率方向法：测量PCC点谐波电压、电流，计算谐波功率（P=U×I×cosθ）。若3次谐波功率方向由用户侧流向系统侧（P<0），则用户侧（充电桩）为主要源。适用于