2025年配電諧波源識別試卷與答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪類設備不屬于典型的穩(wěn)態(tài)諧波源？A.晶閘管整流器B.電弧爐C.變頻調速裝置D.LED照明電源2.基于阻抗法的諧波源定位技術中，關鍵參數(shù)是：A.公共連接點（PCC）的諧波電壓與電流相位差B.系統(tǒng)側與用戶側的諧波阻抗比C.諧波次數(shù)與幅值的相關性D.諧波功率的方向3.某10kV配電系統(tǒng)中，監(jiān)測到3次諧波電壓含有率（HRU3）為4.2%，5次為3.1%，7次為2.5%，總諧波畸變率（THDu）最接近：A.5.3%B.6.1%C.7.0%D.8.2%4.小波變換相較于傅里葉變換在諧波檢測中的優(yōu)勢在于：A.更適合分析穩(wěn)態(tài)諧波B.能同時提供時頻域信息C.計算復雜度更低D.對非平穩(wěn)信號適應性差5.以下哪種方法屬于基于數(shù)據(jù)驅動的諧波源識別技術？A.諧波功率方向法B.支持向量機分類C.阻抗矩陣法D.諧波潮流計算6.配電系統(tǒng)中，單相非線性負載（如計算機電源）主要產生的諧波次數(shù)為：A.奇次諧波（3、5、7次等）B.偶次諧波（2、4、6次等）C.間諧波（非整數(shù)次）D.次諧波（低于基波頻率）7.依據(jù)GB/T14549-1993《電能質量公用電網(wǎng)諧波》，380V系統(tǒng)中，5次諧波電壓限值為：A.4.0%B.3.2%C.2.4%D.1.6%8.諧波源識別中，“特征提取”的核心目的是：A.降低數(shù)據(jù)維度，突出諧波源獨特屬性B.提高采樣頻率C.消除測量噪聲D.計算諧波功率9.當配電系統(tǒng)中存在多個諧波源時，基于“波形匹配”的識別方法主要依賴：A.各諧波源的阻抗特性差異B.諧波電流的時域波形特征（如上升沿、脈寬）C.諧波電壓的幅值分布D.系統(tǒng)側與用戶側的有功功率流向10.以下哪種設備對間諧波更敏感？A.感應電動機B.電容器組C.數(shù)字式保護裝置D.電力變壓器二、填空題（每空1分，共15分）1.諧波源按運行特性可分為穩(wěn)態(tài)諧波源和________諧波源，其中電弧爐屬于________諧波源。2.諧波檢測的常用儀器包括________、________和電能質量在線監(jiān)測裝置。3.總諧波畸變率（THD）的定義是________與基波分量的方均根值之比，用百分比表示。4.基于“諧波責任劃分”的阻抗法中，系統(tǒng)側諧波阻抗可通過________試驗或________法估算。5.小波變換的時頻分辨率特性表現(xiàn)為：高頻信號________，低頻信號________。6.新能源接入配電系統(tǒng)時，光伏逆變器主要產生________次諧波，電動汽車充電樁因整流電路特性易產生________次諧波。7.間諧波的頻率通常為基波頻率的________倍，其檢測需采用________或加窗插值FFT算法以提高精度。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述配電系統(tǒng)諧波源的主要分類及其典型設備。2.對比分析諧波功率方向法與阻抗法在諧波源定位中的優(yōu)缺點。3.說明基于機器學習的諧波源識別流程，并列舉兩種常用特征參數(shù)。4.解釋“諧波發(fā)射水平”的定義及其在諧波源管理中的作用。四、計算題（共20分）某10kV配電系統(tǒng)公共連接點（PCC）監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：基波電壓有效值：10.5kV3次諧波電壓有效值：0.42kV5次諧波電壓有效值：0.31kV7次諧波電壓有效值：0.25kV系統(tǒng)側諧波阻抗ZS（3次）=2.5Ω，用戶側諧波阻抗ZL（3次）=1.2ΩPCC點3次諧波電流有效值：20A（系統(tǒng)側流向用戶側為正方向）（1）計算3次、5次、7次諧波電壓含有率（HRU3、HRU5、HRU7）及總諧波畸變率（THDu）。（8分）（2）采用阻抗法判斷3次諧波源主要來自系統(tǒng)側還是用戶側，并說明依據(jù)。（12分）五、綜合分析題（共13分）某城市配電網(wǎng)因大量電動汽車充電樁接入，出現(xiàn)電壓畸變率超標（THDu=5.8%，國標限值為5%）。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：3次諧波含有率3.2%（限值4%），5次2.8%（限值3%），7次1.5%（限值2%），且PCC點諧波電流主要流向用戶側。（1）分析可能的諧波源類型及產生機理。（5分）（2）提出三種諧波源識別的具體方法，并說明各自適用性。（8分）答案--一、單項選擇題1.B（電弧爐屬于非穩(wěn)態(tài)諧波源）2.B（阻抗法通過比較系統(tǒng)側與用戶側諧波阻抗比定位）3.A（THDu=√(4.22+3.12+2.52)≈5.3%）4.B（小波變換同時具備時頻分析能力）5.B（支持向量機是數(shù)據(jù)驅動方法）6.A（單相整流負載主要產生奇次諧波）7.B（380V系統(tǒng)5次諧波電壓限值為3.2%）8.A（特征提取的核心是降維并突出獨特屬性）9.B（波形匹配依賴時域波形特征）10.C（數(shù)字裝置對間諧波更敏感）二、填空題1.非穩(wěn)態(tài)；非穩(wěn)態(tài)2.諧波分析儀；便攜式電能質量檢測儀3.各次諧波分量方均根值的平方和的平方根4.短路；背景諧波法5.時間分辨率高；頻率分辨率高6.低次（2-5次）；奇次（3、5、7次）7.非整數(shù)；多分辨率小波分解三、簡答題1.分類及典型設備：（1）穩(wěn)態(tài)諧波源：運行特性穩(wěn)定，諧波幅值、相位波動小，如晶閘管整流器、變頻調速裝置、LED電源；（2）非穩(wěn)態(tài)諧波源：運行中參數(shù)波動大，諧波時變顯著，如電弧爐、電焊機、風力發(fā)電機（變流器控制波動時）；（3）間諧波源：產生非整數(shù)次諧波，如感應加熱設備、部分電力電子變換器（PWM控制時）。2.對比分析：諧波功率方向法：優(yōu)點是原理簡單，通過諧波功率方向（P=U×I×cosθ）判斷，當P>0時諧波源在負載側；缺點是受系統(tǒng)阻抗角影響大，輕載時可能誤判。阻抗法：優(yōu)點是考慮系統(tǒng)與用戶側阻抗特性，通過U=ZS×IS+ZL×IL定位，準確性高；缺點是需準確獲取系統(tǒng)側諧波阻抗（實際中難以直接測量），計算復雜度較高。3.機器學習識別流程：（1）數(shù)據(jù)采集：通過監(jiān)測裝置獲取諧波電壓、電流的時域/頻域數(shù)據(jù)；（2）特征提取：提取諧波含有率、THD、諧波相位差、波形峭度/熵值等；（3）模型訓練：用支持向量機（SVM）、隨機森林等算法訓練分類模型；（4）分類識別：輸入新數(shù)據(jù)，模型輸出諧波源類型（如整流器、電弧爐等）。常用特征參數(shù)：諧波次數(shù)-幅值分布、諧波電流畸變率（THDi）、諧波相位角。4.諧波發(fā)射水平定義：用戶在公共連接點產生的諧波電流（或電壓）的最大允許值，反映用戶對電網(wǎng)諧波的貢獻程度。作用：用于諧波責任劃分，當用戶發(fā)射水平超過限值時，需采取治理措施（如加裝濾波器）；同時為電網(wǎng)規(guī)劃提供依據(jù)，確保新增負載后系統(tǒng)諧波水平達標。四、計算題（1）諧波電壓含有率計算：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）阻抗法判斷：根據(jù)U=ZS×IS+ZL×IL，PCC點諧波電壓U3=0.42kV=420V（相電壓？假設為線電壓則需轉換，此處按線電壓計算）。設系統(tǒng)側諧波電流為IS，用戶側為IL，根據(jù)基爾霍夫電流定律：IS+IL=I3（監(jiān)測電流）。假設監(jiān)測電流I3=20A（系統(tǒng)側流向用戶側，即IS=-IL+20）。代入U3=ZS×IS+ZL×IL=2.5×(-IL+20)+1.2×IL=-1.3IL+50=420V？顯然單位錯誤（10kV系統(tǒng)線電壓基波為10.5kV，3次諧波電壓應為相電壓？修正為相電壓：基波相電壓=10.5kV/√3≈6.06kV，3次諧波相電壓=0.42kV/√3≈0.242kV=242V）。重新計算：U3=242V=ZS×IS+ZL×IL=2.5×IS+1.2×IL。監(jiān)測電流I3=ISIL=20A（系統(tǒng)側流向用戶側，IS為系統(tǒng)流出，IL為用戶流出，故I3=ISIL）。聯(lián)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（用戶側流出電流）IS=51.89+20=71.89A（系統(tǒng)側流出電流）諧波源位置判斷：若用戶側諧波電流IL大于系統(tǒng)側IS，則諧波源主要在用戶側。此處IL=51.89A>IS=71.89A？不，IS更大，說明系統(tǒng)側提供更多諧波電流，因此3次諧波源主要來自系統(tǒng)側。（注：實際中需考慮阻抗比，當ZL/ZS>(U3/I3)/ZS時，用戶側為主要源，此處ZL/ZS=1.2/2.5=0.48，(U3/I3)/ZS=(242V/20A)/2.5Ω=12.1Ω/2.5Ω=4.84>0.48，故用戶側為主要源。可能之前假設有誤，正確方法應為：諧波源定位公式為當IL/IS>ZS/ZL時，用戶側為主。此處IL=51.89A，IS=71.89A，IL/IS≈0.72，ZS/ZL=2.5/1.2≈2.08，0.72<2.08，故系統(tǒng)側為主。）五、綜合分析題（1）可能的諧波源類型及機理：類型：電動汽車充電樁（單相或三相整流裝置）。機理：充電樁通常采用AC-DC整流電路（如二極管整流或PFC電路），整流過程中電流波形畸變，產生大量奇次諧波（3、5、7次）；由于充電功率時變（快充/慢充切換），可能引發(fā)非穩(wěn)態(tài)諧波；多臺充電樁同時運行時，諧波疊加導致THDu超標。（2）識別方法及適用性：①諧波功率方向法：測量PCC點諧波電壓、電流，計算諧波功率（P=U×I×cosθ）。若3次諧波功率方向由用戶側流向系統(tǒng)側（P<0），則用戶側（充電樁）為主要源。適用于