2025年新能源風電考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.下列風電機組部件中，不屬于傳動系統(tǒng)核心組件的是（）。A.主軸B.齒輪箱C.發(fā)電機D.變流器答案：D解析：傳動系統(tǒng)主要負責將風輪捕獲的機械能傳遞至發(fā)電機，包括主軸、齒輪箱（增速）和發(fā)電機；變流器屬于電氣系統(tǒng)，負責電能變換。2.風資源評估中，表征空氣在單位時間內垂直通過單位面積的風能大小的參數是（）。A.年平均風速B.風功率密度C.湍流強度D.威布爾分布形狀參數答案：B解析：風功率密度（W/m2）是單位面積上的風能功率，綜合反映風速、空氣密度和風速頻率分布，是評估風資源的核心指標。3.雙饋異步發(fā)電機正常運行時，轉子側變流器的主要作用是（）。A.將轉子感應電流整流為直流B.調節(jié)轉子電流頻率以控制發(fā)電機轉速C.穩(wěn)定直流母線電壓D.實現電網與發(fā)電機的同步并網答案：B解析：雙饋發(fā)電機通過轉子側變流器注入低頻交流電（頻率與轉差率相關），調節(jié)轉子電流頻率，使發(fā)電機在變速運行時保持定子輸出工頻電能。4.風電場微觀選址中，為避免尾流效應，同一風向上相鄰機組的間距通常需大于（）倍風輪直徑。A.2-3B.4-5C.6-8D.9-10答案：C解析：尾流效應會導致下游機組風速衰減，通常要求同一風向上機組間距為6-8倍風輪直徑（D），垂直風向間距為3-5D，以降低能量損失。5.低電壓穿越（LVRT）技術要求風電機組在電網電壓跌落至額定電壓的20%時，需保持并網運行至少（）。A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：C解析：根據最新國標（GB/T19963-2021），風電機組在電壓跌落至20%額定值時，需保持并網運行至少1.0s，并向電網提供無功支持。6.下列風電機組葉片材料中，綜合性能最優(yōu)且當前應用最廣的是（）。A.玻璃纖維增強復合材料（GFRP）B.碳纖維增強復合材料（CFRP）C.鋁合金D.鋼答案：A解析：GFRP（玻璃纖維+環(huán)氧樹脂）成本低、工藝成熟、抗疲勞性能好，占葉片材料的90%以上；CFRP雖強度高但成本高，多用于大型葉片局部加強。7.風電場無功補償裝置中，能夠動態(tài)調節(jié)無功輸出的設備是（）。A.并聯電容器組B.靜止無功發(fā)生器（SVG）C.串聯電抗器D.固定電抗器答案：B解析：SVG通過電力電子變換器動態(tài)調節(jié)輸出無功（容性或感性），響應速度快（<10ms），優(yōu)于固定電容器組的階躍式補償。8.風電機組偏航系統(tǒng)的主要功能是（）。A.控制葉片槳距角以調節(jié)輸出功率B.使風輪始終正對來風方向C.實現機組的緊急制動D.監(jiān)測機艙振動狀態(tài)答案：B解析：偏航系統(tǒng)通過電機驅動機艙旋轉，確保風輪迎風面與風向一致，最大化捕獲風能。9.風資源測量中，用于校準風速傳感器的標準儀器是（）。A.三杯式風速儀B.超聲波風速儀C.熱線風速儀D.激光雷達測風儀答案：D解析：激光雷達（LiDAR）通過多普勒效應測量不同高度風速，精度高（誤差<0.1m/s），常作為地面測風塔的校準基準。10.風電機組齒輪箱油液監(jiān)測中，若檢測到鐵磁性顆粒濃度異常升高，最可能的故障是（）。A.軸承磨損B.齒輪齒面膠合C.密封件老化D.油液氧化答案：B解析：齒輪箱中齒輪（鋼質）磨損會釋放鐵磁性顆粒，齒面膠合（嚴重摩擦）會導致顆粒濃度驟增；軸承（含鉻鋼）磨損顆粒較小，濃度上升較慢。11.海上風電機組基礎結構中，適用于水深20-50m的主流形式是（）。A.單樁基礎B.導管架基礎C.重力式基礎D.浮式基礎答案：B解析：單樁適用于水深<30m，導管架（由鋼管焊接成框架）適用于20-50m，浮式（半潛式、張力腿等）適用于>50m深水。12.風電場電能質量指標中，反映電壓波動程度的參數是（）。A.電壓偏差B.電壓閃變C.諧波畸變率D.三相不平衡度答案：B解析：電壓閃變（Pst）衡量電壓幅值快速變化引起的燈光閃爍程度，與風電機組出力波動（如陣風、啟動/停機）直接相關。13.風電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（CMS）中，用于診斷發(fā)電機電氣故障的傳感器是（）。A.振動加速度傳感器B.溫度傳感器C.電流互感器（CT）D.轉速編碼器答案：C解析：CT監(jiān)測發(fā)電機定子電流的諧波分量（如轉差頻率分量），可診斷轉子斷條、氣隙不均等電氣故障；振動傳感器主要監(jiān)測機械部件。14.風電場接入系統(tǒng)設計中，35kV集電線路的經濟輸送距離一般不超過（）。A.5kmB.15kmC.30kmD.50km答案：B解析：35kV線路的電阻損耗與距離成正比，經濟輸送距離（損耗<5%）通常為10-15km，超過此范圍需提高電壓等級（如110kV）。15.下列風電機組功率曲線修正方法中，用于消除空氣密度影響的是（）。A.溫度修正B.濕度修正C.海拔修正D.湍流強度修正答案：C解析：空氣密度ρ=P/(RT)（P為氣壓，T為溫度），海拔升高導致氣壓降低，需通過海拔修正將實際空氣密度折算至標準狀態(tài)（1.225kg/m3）。二、判斷題（每題1分，共10分）1.風電機組的切入風速是指能夠持續(xù)發(fā)電的最低風速，通常為3-4m/s。（）答案：√解析：切入風速（Vci）是風輪開始旋轉并輸出電功率的最低穩(wěn)定風速，一般3-4m/s；切出風速（Vco）為25-30m/s，防止機組超載。2.直驅式風電機組因取消齒輪箱，其發(fā)電機體積和重量通常小于雙饋式機組。（）答案：×解析：直驅發(fā)電機需低轉速、大扭矩，極對數多（如100極），體積和重量遠大于雙饋發(fā)電機（通常4-6極），但避免了齒輪箱故障。3.風電場年等效滿負荷小時數等于年發(fā)電量除以機組額定功率，該值越高說明風資源越好。（）答案：√解析：年等效滿負荷小時數（H）=年發(fā)電量（kWh）/額定功率（kW），反映機組利用效率，H>2000h為優(yōu)質風場。4.葉片防雷系統(tǒng)的接閃器應安裝在葉尖，通過引下線與機艙接地系統(tǒng)連接。（）答案：√解析：葉尖是雷擊高發(fā)部位（占葉片雷擊的80%以上），接閃器需覆蓋葉尖2-3m范圍，引下線沿葉片內部敷設至機艙接地網。5.風電機組變槳系統(tǒng)故障時，可通過機械剎車實現緊急停機。（）答案：√解析：變槳系統(tǒng)失效（如斷電）時，備用電池或超級電容驅動葉片順槳至90°（氣動剎車），若失效則機械剎車（盤式制動器）動作。6.海上風電場的運維成本約為陸上的1.5-2倍，主要因交通不便和防腐要求高。（）答案：√解析：海上運維需專用船舶/直升機，受天氣限制（可作業(yè)窗口<150天/年），設備防腐（涂層、犧牲陽極）成本占初始投資的10%-15%。7.風電機組的功率因數可通過變流器調節(jié)，并網時應保持滯后（感性）狀態(tài)以吸收無功。（）答案：×解析：現代變流器支持功率因數（PF）0.95超前至0.95滯后調節(jié)，風電場通常需根據電網要求提供容性無功（超前）以補償線路感性損耗。8.風資源評估中，威布爾分布的形狀參數k越小，說明風速分布越集中；尺度參數c越大，說明平均風速越高。（）答案：×解析：k值越大（如k=3接近正態(tài)分布），風速越集中；c值直接與平均風速相關（c≈1.128Vavg），c越大，平均風速越高。9.風電機組的振動烈度（振動速度有效值）是評估機械健康狀態(tài)的關鍵指標，通常在軸承和齒輪箱測點監(jiān)測。（）答案：√解析：振動烈度（mm/s）綜合反映振動能量，ISO10816標準規(guī)定，風電機組關鍵部件振動烈度超過4.5mm/s需預警，超過7.1mm/s需停機。10.風電場參與電力系統(tǒng)一次調頻時，需通過預留旋轉備用或調節(jié)槳距角快速響應電網頻率變化。（）答案：√解析：一次調頻要求機組在頻率偏差（Δf）時自動調整有功出力（ΔP=KΔf），風電機組可通過變槳控制（降低槳距角釋放部分動能）或預留10%-15%的備用容量實現。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述雙饋異步發(fā)電機的工作原理及變速恒頻運行的實現方式。答案：雙饋異步發(fā)電機（DFIG）的定子直接連接電網（工頻50Hz），轉子通過變流器連接電網。當風輪驅動轉子以轉速n旋轉時，轉子感應電動勢頻率f2=sf1（s為轉差率，f1為定子頻率）。變流器向轉子注入頻率為f2的交流電，使定子感應電動勢頻率保持f1=50Hz，實現變速恒頻（VSCF）。當轉速低于同步轉速（n<n_s），轉子吸收電能（亞同步運行）；高于同步轉速（n>n_s），轉子發(fā)出電能（超同步運行）。2.風電場微觀選址需考慮哪些主要因素？請列舉5項并簡要說明。答案：（1）風資源分布：通過測風塔/激光雷達數據，選擇主風向風速高、湍流強度低（<0.15）的區(qū)域；（2）尾流效應：優(yōu)化機組間距（6-8D主風向，3-5D垂直風向），減少下游機組功率損失（通常每增加1D間距，損失降低2%-3%）；（3）地形地貌：避免山脊背風區(qū)（氣流分離）、山谷狹管效應（湍流增強）；（4）工程條件：考慮地基承載力（避免軟土/溶洞）、交通（大件運輸路徑寬度>12m，轉彎半徑>30m）；（5）環(huán)境約束：遠離自然保護區(qū)、居民區(qū)（噪聲<55dB(A)）、航空限高區(qū)（塔架高度<限高）。3.變流器在風電機組中的主要功能有哪些？答案：（1）電能變換：雙饋機組轉子側變流器將轉子低頻交流電（f2=s50Hz）變換為工頻，與定子電能合并輸出；直驅機組全功率變流器將發(fā)電機低頻交流電整流為直流，再逆變?yōu)楣ゎl交流電；（2）功率控制：通過調節(jié)轉子電流（雙饋）或直流母線電壓（直驅），實現最大風能跟蹤（MPPT）；（3）低電壓穿越（LVRT）：電網電壓跌落時，通過crowbar保護（雙饋）或卸荷電阻（直驅）限制過電流，維持變流器運行并向電網注入無功；（4）電能質量調節(jié)：抑制諧波（THD<5%）、平衡三相電壓、調節(jié)功率因數（PF=0.95超前/滯后）。4.簡述風電場無功補償的必要性及常用補償方式。答案：必要性：（1）風電機組（尤其是雙饋機組）運行時需從電網吸收感性無功（約額定功率的20%-30%）；（2）集電線路（電纜/架空線）呈感性，長距離傳輸會消耗無功，導致電壓降落；（3）無功不足會降低電網電壓穩(wěn)定性，增加線損（ΔP=I2R，I與無功相關）。常用方式：（1）機端補償：在發(fā)電機出口并聯電容器組（固定補償）；（2）動態(tài)補償：靜止無功發(fā)生器（SVG），響應速度快（<10ms），可連續(xù)調節(jié)無功；（3）集中補償：在升壓站母線安裝SVC（靜止無功補償器）或SVG，覆蓋全場無功需求；（4）變流器自身補償：現代全功率變流器可實現±100%無功輸出，部分替代外部補償裝置。5.風電機組振動監(jiān)測的主要測點有哪些？各測點的監(jiān)測目的是什么？答案：（1）主軸軸承：監(jiān)測徑向振動（水平/垂直方向），診斷軸承內圈/外圈磨損、滾子裂紋（特征頻率f=Zf_r(1±dcosα/D)/2，Z為滾子數，f_r為轉速頻率）；（2）齒輪箱高速軸/低速軸軸承：監(jiān)測齒輪嚙合頻率（f=Zf_r）及邊頻帶，診斷齒面磨損、斷齒（邊頻帶間距為f_r）；（3）發(fā)電機前后軸承：監(jiān)測電磁振動（2倍電網頻率100Hz），診斷轉子動不平衡、氣隙不均；（4）機艙底座：監(jiān)測整體振動烈度（ISO10816-3標準），評估機組安裝水平（如螺栓松動導致的低頻振動）；（5）葉片根部：監(jiān)測揮舞/擺振方向振動（頻率<1Hz），診斷葉片裂紋（固有頻率下降）或覆冰（質量增加導致頻率降低）。四、計算題（每題8分，共32分）1.某風電場位于海拔1000m（氣壓P=89kPa），年平均氣溫15℃（T=288K），空氣氣體常數R=287J/(kg·K)。測得10m高度年平均風速為7.5m/s，湍流強度0.12，威布爾形狀參數k=2.1。計算該區(qū)域10m高度的標準空氣密度（標準狀態(tài)：P0=101.325kPa，T0=288K）及風功率密度（取空氣密度ρ=P/(RT)）。答案：（1）實際空氣密度ρ=P/(RT)=89000/(287288)=1.085kg/m3；（2）標準空氣密度ρ0=P0/(RT0)=101325/(287288)=1.225kg/m3；（3）風功率密度Pd=0.5ρVavg3Γ(1+3/k)（Γ為伽馬函數，k=2.1時Γ(1+3/2.1)=Γ(2.428)≈1.28）；Pd=0.51.0857.531.28≈0.51.085421.8751.28≈0.51.085540≈292.95W/m2（保留兩位小數為293.0W/m2）。2.某2.5MW風電機組，輪轂高度80m，風輪直徑120m，年平均風速（80m高度）8.5m/s，風能利用系數Cp=0.42（額定風速前），機械傳動效率η1=0.95，發(fā)電機效率η2=0.96，空氣密度ρ=1.225kg/m3。假設年有效風速小時數（切入至額定風速）為4500h，計算該機組的年發(fā)電量（額定風速12m/s，不考慮尾流和限電）。答案：（1）掃風面積S=π(D/2)2=3.14(60)2=11304m2；（2）額定風速前的輸出功率P=0.5ρSV3Cpη1η2；當V=8.5m/s（<12m/s，處于MPPT階段），P=0.51.225113048.530.420.950.96；計算V3=614.125，P=0.51.22511304614.1250.420.950.96；分步計算：0.51.225=0.6125；0.612511304=6927；6927614.125≈4,257,000；4,257,0000.42≈1,788,000；1,788,0000.95≈1,700,000；1,700,0000.96≈1,632,000W=1632kW；（3）年發(fā)電量=1632kW4500h=7,344,000kWh=734.4萬kWh。3.某雙饋風電機組齒輪箱輸入轉速（低速軸）為20rpm，輸出轉速（高速軸）為1800rpm，發(fā)電機同步轉速為1500rpm（4極，f=50Hz）。計算齒輪箱傳動比及發(fā)電機運行時的轉差率（轉差率s=(n_s-n_r)/n_s，n_r為轉子轉速）。答案：（1）傳動比i=高速軸轉速/低速軸轉速=1800/20=90；（2）發(fā)電機轉子轉速n_r=高速軸轉速=1800rpm；同步轉速n_s=120f/p=12050/4=1500rpm；轉差率s=(n_s-n_r)/n_s=(1500-1800)/1500=-0.2（負號表示超同步運行，轉子向電網饋電）。4.某風電場擬安裝20臺4MW機組，風輪直徑160m，主風向為NW（315°），次風向為SE（135°）。若主風向機組間距取8D，次風向間距取4D，計算風電場在主、次風向上的占地面積（假設機組呈矩形排列，忽略道路等附屬設施）。答案：（1）風輪直徑D=160m；（2）主風向（NW-SE向）間距L1=8D=8160=1280m；次風向（NE-SW向，與主風向垂直）間距L2=4D=4160=640m；（3）20臺機組按4行5列排列（45=20），則：主風向上長度=(5-1)L1=41280=5120m；次風向上長度=(4-1)L2=3640=1920m；（4）占地面積=5120m