河北工業(yè)大學(xué)2025年電氣工程(智能電網(wǎng))專業(yè)初試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在智能電網(wǎng)中，以下哪項(xiàng)技術(shù)最能有效提高配電網(wǎng)的供電可靠性？A.靜態(tài)無功補(bǔ)償器B.分布式電源并網(wǎng)C.饋線自動(dòng)化系統(tǒng)D.高壓直流輸電答案：C解析：饋線自動(dòng)化系統(tǒng)通過故障定位、隔離與恢復(fù)供電功能，顯著提高配電網(wǎng)的供電可靠性。2.智能變電站中，用于實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備與二次系統(tǒng)之間信息交互的核心裝置是：A.合并單元B.保護(hù)測(cè)控裝置C.智能終端D.數(shù)字電能表答案：C解析：智能終端是連接一次設(shè)備與二次系統(tǒng)的橋梁，實(shí)現(xiàn)信息采集、控制命令下發(fā)等功能。3.在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中，PQ節(jié)點(diǎn)通常指：A.有功和無功功率已知，電壓幅值和相角未知B.有功功率和電壓幅值已知，無功功率和相角未知C.有功和無功功率未知，電壓幅值和相角已知D.有功功率和相角已知，無功功率和電壓幅值未知答案：A解析：PQ節(jié)點(diǎn)是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，其注入有功和無功功率已知，電壓幅值和相角為待求量。4.以下哪項(xiàng)不是智能電網(wǎng)的典型特征？A.自愈能力B.用戶參與C.高損耗運(yùn)行D.兼容可再生能源答案：C解析：智能電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)高效、低損耗運(yùn)行，C選項(xiàng)與智能電網(wǎng)理念相悖。5.在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，光伏逆變器采用雙閉環(huán)控制策略，外環(huán)通?？刂疲篈.電流B.電壓C.功率D.頻率答案：C解析：外環(huán)控制功率（如有功功率和無功功率），內(nèi)環(huán)控制電流，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。6.對(duì)于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其變頻器容量約占發(fā)電機(jī)額定容量的：A.10%B.30%C.60%D.100%答案：B解析：雙饋風(fēng)機(jī)變頻器僅需處理轉(zhuǎn)差功率，通常為額定容量的30%左右。7.在智能電網(wǎng)通信架構(gòu)中，以下哪種通信方式最適合用于配電自動(dòng)化終端之間的通信？A.光纖通信B.電力線載波C.5G無線通信D.衛(wèi)星通信答案：C解析：5G具備低時(shí)延、高可靠性，適合配電終端間實(shí)時(shí)通信需求。8.在電力系統(tǒng)短路計(jì)算中，若某節(jié)點(diǎn)三相短路電流為10kA，單相接地短路電流為8kA，則該系統(tǒng)的零序阻抗與正序阻抗之比約為：A.0.5B.1.0C.1.5D.2.0答案：A解析：根據(jù)對(duì)稱分量法，單相短路電流與三相短路電流之比反映零序阻抗大小，計(jì)算得Z0/Z1≈0.5。9.在智能電網(wǎng)中，以下哪項(xiàng)技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)負(fù)荷的精準(zhǔn)控制？A.AMIB.SCADAC.EMSD.DMS答案：A解析：AMI（高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施）可實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)用電信息采集與負(fù)荷控制。10.對(duì)于特高壓交流輸電線路，限制其輸送能力的主要因素是：A.熱穩(wěn)定極限B.電壓降落C.無功補(bǔ)償容量D.穩(wěn)定極限答案：D解析：特高壓線路輸送距離長(zhǎng)，穩(wěn)定極限成為主要制約因素。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）11.以下哪些屬于智能電網(wǎng)中“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同控制的關(guān)鍵技術(shù)？A.分布式能源預(yù)測(cè)B.柔性直流輸電C.虛擬電廠D.電力電子變壓器E.靜態(tài)無功補(bǔ)償器答案：A、B、C、D解析：四項(xiàng)均為“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同控制的核心技術(shù)，SVC主要用于無功補(bǔ)償，不屬于協(xié)同控制核心。12.在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中，以下哪些量測(cè)數(shù)據(jù)可用于加權(quán)最小二乘法？A.節(jié)點(diǎn)電壓幅值B.支路有功功率C.支路無功功率D.節(jié)點(diǎn)注入有功功率E.節(jié)點(diǎn)注入無功功率答案：A、B、C、D、E解析：狀態(tài)估計(jì)可利用多種量測(cè)數(shù)據(jù)，包括節(jié)點(diǎn)電壓、支路潮流、節(jié)點(diǎn)注入功率等。13.以下哪些措施可有效抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩？A.安裝PSSB.采用直流調(diào)制C.增加線路電抗D.采用柔性交流輸電系統(tǒng)E.降低發(fā)電機(jī)慣量答案：A、B、D解析：PSS、直流調(diào)制、FACTS設(shè)備可有效抑制低頻振蕩，增加電抗與降低慣量會(huì)加劇振蕩。14.在智能配電網(wǎng)中，以下哪些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)故障快速定位與隔離？A.智能斷路器B.故障指示器C.FTUD.DTUE.重合器答案：A、B、C、D、E解析：上述設(shè)備均可參與故障檢測(cè)、定位與隔離過程，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈。15.以下哪些屬于電力電子變壓器（PET）的優(yōu)勢(shì)？A.實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)靈活變換B.提供無功補(bǔ)償能力C.實(shí)現(xiàn)隔離與保護(hù)D.降低系統(tǒng)短路容量E.提高系統(tǒng)慣量答案：A、B、C、D解析：PET具備多種功能，但不具備提高系統(tǒng)慣量的能力，反而可能降低慣量。三、判斷題（每題1分，共10分）16.智能電網(wǎng)中，所有分布式電源都必須通過逆變器并網(wǎng)。答案：錯(cuò)誤解析：部分同步發(fā)電機(jī)類型分布式電源可直接并網(wǎng)，如同步風(fēng)機(jī)。17.在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中，若某節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)，則其電壓幅值和相角均已知。答案：正確解析：平衡節(jié)點(diǎn)用于提供系統(tǒng)功率平衡參考，其電壓幅值與相角給定。18.采用雙饋風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。答案：錯(cuò)誤解析：雙饋風(fēng)機(jī)通常運(yùn)行于最大功率點(diǎn)跟蹤模式，頻率調(diào)節(jié)能力有限。19.智能變電站中，GOOSE報(bào)文用于傳輸保護(hù)跳閘信號(hào)。答案：正確解析：GOOSE是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中用于快速傳輸控制與保護(hù)信號(hào)的機(jī)制。20.在智能電網(wǎng)中，需求響應(yīng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)負(fù)荷的主動(dòng)調(diào)節(jié)。答案：正確解析：需求響應(yīng)通過價(jià)格或激勵(lì)信號(hào)引導(dǎo)用戶調(diào)整用電行為。21.電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，負(fù)序電流為零。答案：正確解析：三相短路為對(duì)稱故障，負(fù)序與零序分量均為零。22.柔性直流輸電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有功和無功的獨(dú)立控制。答案：正確解析：VSC-HVDC具備四象限運(yùn)行能力，可獨(dú)立控制有功與無功。23.智能電網(wǎng)中，微電網(wǎng)可運(yùn)行于并網(wǎng)模式與孤島模式。答案：正確解析：微電網(wǎng)具備雙模式運(yùn)行能力，提升供電可靠性。24.在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中，暫態(tài)穩(wěn)定屬于小擾動(dòng)穩(wěn)定范疇。答案：錯(cuò)誤解析：暫態(tài)穩(wěn)定屬于大擾動(dòng)穩(wěn)定，小擾動(dòng)穩(wěn)定指靜態(tài)穩(wěn)定。25.采用同步相量測(cè)量單元（PMU）可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)狀態(tài)同步觀測(cè)。答案：正確解析：PMU提供帶時(shí)標(biāo)的同步相量數(shù)據(jù)，支持廣域監(jiān)測(cè)與控制。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）26.簡(jiǎn)述智能電網(wǎng)中“自愈”能力的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并舉例說明其在配電網(wǎng)中的應(yīng)用。答案：自愈能力指電網(wǎng)在故障發(fā)生后無需或僅需少量人工干預(yù)即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、定位、隔離與供電恢復(fù)。其機(jī)制包括：（1）高級(jí)傳感與量測(cè)：通過FTU、DTU、故障指示器等設(shè)備實(shí)時(shí)采集電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)等信息；（2）快速通信：采用光纖、5G等通信手段實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)數(shù)據(jù)傳輸；（3）智能決策：基于拓?fù)浞治雠c故障算法，快速判斷故障區(qū)段；（4）自動(dòng)控制：通過智能斷路器、重合器、負(fù)荷開關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)故障隔離與非故障區(qū)段恢復(fù)供電。例如，某10kV配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障，F(xiàn)TU檢測(cè)到電流突變并上傳至主站，主站分析后定位故障區(qū)段，遙控?cái)嚅_故障段兩端開關(guān)，恢復(fù)上游與下游非故障區(qū)段供電，全過程在1秒內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)快速自愈。27.說明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理，并分析其在低電壓穿越（LVRT）中的控制策略。答案：雙饋風(fēng)機(jī)由定子直接并網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過背靠背變頻器與電網(wǎng)連接。其工作原理為：風(fēng)速變化引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化，通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流頻率，實(shí)現(xiàn)定子輸出頻率恒定。在低電壓穿越中，電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，若控制不當(dāng)，轉(zhuǎn)子側(cè)將產(chǎn)生過電流與過電壓，損壞變頻器?？刂撇呗园ǎ海?）轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar保護(hù)：在電壓跌落瞬間觸發(fā)Crowbar電路，短接轉(zhuǎn)子繞組，旁路變頻器，保護(hù)其不受過電流沖擊；（2）直流母線電壓控制：通過網(wǎng)側(cè)變流器調(diào)節(jié)有功功率輸出，抑制直流母線電壓升高；（3）無功支撐：在電壓恢復(fù)階段，定子輸出無功功率，支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)；（4）動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)后，逐步退出Crowbar，恢復(fù)轉(zhuǎn)子側(cè)控制，實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行。通過上述策略，雙饋風(fēng)機(jī)可在電網(wǎng)電壓跌落至20%額定電壓時(shí)持續(xù)運(yùn)行625ms，滿足LVRT要求。28.分析同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下三相光伏逆變器的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，并說明其參數(shù)設(shè)計(jì)原則。答案：同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，光伏逆變器采用電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制。（1）電壓外環(huán)：采樣直流母線電壓，與參考值比較后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出有功電流參考值Id_ref，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）與母線電壓穩(wěn)定；（2）電流內(nèi)環(huán)：采樣并網(wǎng)電流Id、Iq，與參考值Id_ref、Iq_ref比較后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出電壓參考值，經(jīng)SVPWM調(diào)制生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電流快速跟蹤；（3）前饋解耦：引入電網(wǎng)電壓前饋與交叉耦合項(xiàng)ωLId、ωLIq，消除d-q軸耦合，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)；參數(shù)設(shè)計(jì)原則：①電流環(huán)帶寬高于電壓環(huán)，通常電流環(huán)截止頻率為開關(guān)頻率的1/10~1/5，電壓環(huán)為電流環(huán)的1/10；②PI參數(shù)采用極點(diǎn)配置法設(shè)計(jì)，確保相角裕度大于45°，增益裕度大于6dB；③考慮數(shù)字控制延遲，采用離散域設(shè)計(jì)，補(bǔ)償一拍延遲影響；④在弱電網(wǎng)條件下，需降低電壓環(huán)增益，抑制電網(wǎng)阻抗引起的諧振。通過合理設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)THD小于3%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于10ms，滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。五、計(jì)算題（共25分）29.（10分）某220kV輸電線路，正序阻抗Z1=0.02+j0.3Ω/km，零序阻抗Z0=0.1+j0.9Ω/km，線路長(zhǎng)度50km。線路末端發(fā)生單相接地短路，系統(tǒng)基準(zhǔn)容量SB=100MVA，基準(zhǔn)電壓UB=220kV。求：（1）短路點(diǎn)正序、負(fù)序、零序阻抗標(biāo)幺值；（2）短路電流周期分量有效值（kA）。答案：（1）基準(zhǔn)阻抗ZB=UB2/SB=2202/100=484Ω正序阻抗Z1=50×(0.02+j0.3)=1+j15Ω標(biāo)幺值Z1=Z1/ZB=(1+j15)/484=0.00206+j0.031負(fù)序阻抗Z2=Z1零序阻抗Z0=50×(0.1+j0.9)=5+j45ΩZ0=Z0/ZB=(5+j45)/484=0.0103+j0.093（2）單相短路電流I=3E/(Z1+Z2+Z0)E=1puI=3/(2×Z1+Z0)=3/(2×(0.00206+j0.031)+0.0103+j0.093)=3/(0.0144+j0.155)=19.2∠-84.7°pu實(shí)際電流I=IB×|I|=100MVA/(√3×220kV)×19.2=0.262×19.2=5.03kA30.（15分）某微電網(wǎng)由光伏、儲(chǔ)能、負(fù)荷組成，光伏額定功率100kW，儲(chǔ)能最大充放電功率50kW，容量200kWh，負(fù)荷為恒功率80kW。某日光照強(qiáng)度在12:00-13:00期間驟降至20%，持續(xù)1小時(shí)。若采用恒功率控制策略，儲(chǔ)能初始SOC為50%，求：（1）該小時(shí)內(nèi)儲(chǔ)能SOC變化曲線（按每分鐘計(jì)算）；（2）若儲(chǔ)能效率為95%，是否足以支撐負(fù)荷不間斷供電？（3）若不足，需至少增加多少儲(chǔ)能容量？答案：（1）光伏出力Ppv=100×20%=20kW負(fù)荷Pload=80kW儲(chǔ)能需補(bǔ)充Pbat=80-20=60kW>50kW，故儲(chǔ)能以最大功率50kW放電實(shí)際放電功率Pdis=50kW每分鐘SOC變化ΔSOC=Pdis×Δt/(E×η)=50×1/(200×0.95)=0.263%/min60分鐘后SOC=50%-60×0.263%=34.2%（2）所需能量Eneed=60kW×1h=60kWh儲(chǔ)能最大可供能量Eavail=200kWh×(50%-10%)×0.95=76kWh>60kWh理論足夠，但受功率限制，實(shí)際只能提供50kW，故負(fù)荷缺額10kW，無法不間斷供電。（3）缺額能量Edef=10kW×1h=10kWh需增加容量ΔE=Edef/(0.95×0.4)=26.3kWh（考慮SOC不低于10%，可用容量90%）故至少增加26.3kWh，取整30kWh。六、綜合分析題（共40分）31.（20分）某區(qū)域電網(wǎng)計(jì)劃建設(shè)一個(gè)包含風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷的智能電網(wǎng)示范工程，總裝機(jī)容量為500MW，其中風(fēng)電200MW、光伏150MW、儲(chǔ)能100MW/400MWh，可控負(fù)荷50MW。請(qǐng)：（1）設(shè)計(jì)一套“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同控制架構(gòu)，說明各層功能與通信要求；（2）提出一種多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度策略，分別考慮日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)三個(gè)階段；（3）分析該系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)頻率、電壓、慣量的影響，并提出改善措施；（4）估算該系統(tǒng)年減排二氧化碳量（假設(shè)替代火電，排放系數(shù)0.85tCO2/MWh，風(fēng)光年利用小時(shí)數(shù)分別為2000h、1200h）。答案：（1）架構(gòu)設(shè)計(jì)：①感知層：風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、負(fù)荷終端配置智能傳感器、PMU、智能電表，實(shí)現(xiàn)電氣量、狀態(tài)量、環(huán)境量采集；②通信層：采用“光纖+5G”雙網(wǎng)冗余，骨干網(wǎng)帶寬≥10Gbps，終端接入延遲<10ms，支持IEC61850、DNP3.0協(xié)議；③控制層：-本地控制：儲(chǔ)能PCS、風(fēng)機(jī)PLC、光伏逆變器實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)；-邊緣控制：分布式能源管理系統(tǒng)（DERMS）實(shí)現(xiàn)秒級(jí)優(yōu)化；-主站控制：綜合能源管理系統(tǒng)（IEMS）實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)調(diào)度；④應(yīng)用層：支持AGC、AVC、需求響應(yīng)、市場(chǎng)交易、碳排放監(jiān)測(cè)。（2）多時(shí)間尺度調(diào)度：①日前階段：基于風(fēng)光預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)，建立混合整數(shù)線性模型，目標(biāo)為最小化運(yùn)行成本與碳排放，約束包括機(jī)組啟停、儲(chǔ)能SOC、線路容量，采用CPLEX求解，時(shí)間粒度1h；②日內(nèi)階段：采用模型預(yù)測(cè)控制（MPC），滾動(dòng)優(yōu)化未來4h，每15min更新一次，修正預(yù)測(cè)偏差，目標(biāo)為跟蹤日前計(jì)劃與最小化功率波動(dòng)；③實(shí)時(shí)階段：基于AGC信號(hào)，儲(chǔ)能快速響應(yīng)，風(fēng)機(jī)、光伏采用降載預(yù)留，可控負(fù)荷參與頻率調(diào)節(jié)，時(shí)間尺度秒級(jí)。（3）影響分析：①頻率：風(fēng)光波動(dòng)引起頻率偏差，儲(chǔ)能配置100MW可抑制0.1Hz偏差；②電壓：光伏并網(wǎng)點(diǎn)多，易引起電壓升高，采用SVG與有功無功協(xié)調(diào)控制；③慣量：風(fēng)光無旋轉(zhuǎn)慣量，系統(tǒng)慣量降低30%，采用同步調(diào)相機(jī)或虛擬慣量控制（VSG）提升等效慣量；改善措施：配置20MVarSVG、2臺(tái)50MVar同步調(diào)相機(jī)、風(fēng)機(jī)VSG控制參數(shù)H=5s。（4）減排估算：風(fēng)電年發(fā)電量=200MW×2000h=400GWh光伏年發(fā)電量=150MW×1200h=180GWh總發(fā)電量=580GWh年減排CO2=580×0.85=493萬噸。32.（20分）某城市配電網(wǎng)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)“饋線級(jí)”故障自愈，覆蓋饋線100條，平均長(zhǎng)度15km，用戶20萬戶。請(qǐng)：（1）設(shè)計(jì)一套基于云邊協(xié)同的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，說明軟硬件配置；（2）提出一種故障定位算法，考慮三相不平衡、分布式電源接入場(chǎng)