2025年風力發(fā)電筆試試題及答案一、單項選擇題（共20題，每題2分，共40分）1.下列風力發(fā)電機部件中，不屬于傳動系統(tǒng)核心組件的是（）。A.主軸B.齒輪箱C.偏航軸承D.聯(lián)軸器2.某水平軸風力機的葉尖速比λ=8，設計風速v=12m/s，葉輪直徑D=120m，則葉輪尖部線速度約為（）。A.90.5m/sB.100.5m/sC.113.1m/sD.125.6m/s3.雙饋感應發(fā)電機（DFIG）的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器主要功能是（）。A.穩(wěn)定直流母線電壓B.控制有功/無功功率C.實現(xiàn)軟并網(wǎng)D.抑制諧波電流4.風力發(fā)電機組低電壓穿越（LVRT）能力要求中，當并網(wǎng)點電壓跌至額定電壓的20%時，機組需保持并網(wǎng)運行的最短時間為（）。A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.2.0s5.下列關(guān)于變槳距控制系統(tǒng)的描述，錯誤的是（）。A.額定風速以下時，變槳系統(tǒng)保持槳距角為0°以最大化捕風B.額定風速以上時，通過增大槳距角限制輸入功率C.電動變槳相比液壓變槳，響應速度更快但可靠性較低D.冗余設計是變槳系統(tǒng)安全的核心要求之一6.風力機空氣動力學中，貝茨理論指出的最大風能利用系數(shù)（Cp）為（）。A.0.393B.0.593C.0.693D.0.7937.某風電場年平均風速為7.5m/s，空氣密度1.225kg/m3，若風機單機容量2.5MW，年利用小時數(shù)2800h，則該風機年發(fā)電量約為（）。A.700萬kWhB.750萬kWhC.800萬kWhD.850萬kWh8.風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)主要用于（）。A.調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速B.保持葉輪迎風C.吸收傳動鏈振動D.控制發(fā)電機轉(zhuǎn)矩9.下列不屬于風力機主要載荷類型的是（）。A.重力載荷B.氣動載荷C.電磁載荷D.慣性載荷10.關(guān)于全功率變流器（FPCC）機組的特點，正確的是（）。A.發(fā)電機需采用鼠籠式異步發(fā)電機B.可實現(xiàn)寬范圍轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（0~120%同步速）C.相比雙饋機組，變流器容量更小D.低電壓穿越時需額外增加Crowbar保護11.風力機葉片的翼型設計中，通常采用的氣動優(yōu)化目標是（）。A.最大化升力系數(shù)B.最小化阻力系數(shù)C.最大化升阻比D.最小化葉尖損失12.風電場電能質(zhì)量指標中，電壓閃變的主要影響因素是（）。A.風機有功功率波動B.無功補償容量不足C.變壓器阻抗過大D.集電線路長度13.下列關(guān)于風機振動監(jiān)測的描述，錯誤的是（）。A.加速度傳感器通常布置在主軸、齒輪箱軸承處B.振動頻率分析可識別齒輪箱齒面點蝕故障C.振動幅值超標時需立即停機檢查D.塔筒一階固有頻率需避開葉輪1P頻率14.某風機齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速為18rpm，輸出轉(zhuǎn)速為1800rpm，其傳動比為（）。A.50:1B.80:1C.100:1D.120:115.風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)（SCADA）不具備的功能是（）。A.實時監(jiān)測機組運行參數(shù)B.遠程啟?？刂艭.故障診斷與報警D.葉片材料疲勞壽命計算16.下列防雷措施中，不屬于風機外部防雷系統(tǒng)的是（）。A.葉片接閃器B.機艙頂部避雷針C.塔筒接地網(wǎng)D.變流器浪涌保護器17.風電場無功補償裝置的主要作用是（）。A.提高有功功率輸出B.維持并網(wǎng)點電壓穩(wěn)定C.減少線路有功損耗D.抑制高次諧波18.關(guān)于風機結(jié)冰檢測技術(shù)，目前應用最廣泛的是（）。A.紅外熱成像法B.振動信號分析法C.功率曲線對比法D.激光雷達測風法19.下列海上風電機組特有的設計要求是（）。A.抗鹽霧腐蝕B.高可靠性變流器C.低風速優(yōu)化設計D.遠程監(jiān)控系統(tǒng)20.依據(jù)《風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T19963-2021），風電場應具備的基本功能不包括（）。A.頻率調(diào)節(jié)B.一次調(diào)頻C.無功電壓控制D.黑啟動二、填空題（共10題，每題2分，共20分）1.風力發(fā)電機組的主要組成部分包括________、傳動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、塔架及基礎。2.空氣密度的計算公式為ρ=P/(R×T)，其中P為大氣壓力，R為空氣氣體常數(shù)（287J/(kg·K)），T為________（單位：K）。3.雙饋發(fā)電機的定子繞組直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組通過________與電網(wǎng)連接。4.變槳系統(tǒng)的安全鏈通常包括________、限位開關(guān)、急停按鈕等冗余保護環(huán)節(jié)。5.風力機的功率曲線是指________與輪轂高度處風速的關(guān)系曲線。6.齒輪箱常見的潤滑方式包括飛濺潤滑和________，后者需配備油泵、過濾器及冷卻器。7.塔筒的固有頻率需避開葉輪旋轉(zhuǎn)頻率（1P）和葉片通過頻率（3P），以避免發(fā)生________。8.風電場電能質(zhì)量指標主要包括電壓偏差、頻率偏差、________、電壓閃變和三相不平衡度。9.海上風電機組的基礎形式主要有單樁基礎、導管架基礎、________和浮式基礎。10.依據(jù)《風力發(fā)電機組安全要求》（GB18451.1-2012），機組應設置________保護，當轉(zhuǎn)速超過設定值時觸發(fā)停機。三、簡答題（共5題，每題8分，共40分）1.簡述直驅(qū)式風力發(fā)電機組與雙饋式風力發(fā)電機組的主要區(qū)別及各自優(yōu)缺點。2.解釋“葉尖速比”的定義及其對風機性能的影響，并說明最佳葉尖速比的意義。3.分析風力發(fā)電機組在低風速（低于額定風速）和高風速（高于額定風速）下的控制策略差異。4.列舉齒輪箱常見故障類型（至少5種），并說明每種故障的典型特征。5.闡述風電場并網(wǎng)時需滿足的低電壓穿越（LVRT）要求，并說明機組實現(xiàn)LVRT的主要技術(shù)手段。四、計算題（共2題，每題10分，共20分）1.某水平軸風力機葉輪直徑D=140m，輪轂高度處風速v=10m/s，空氣密度ρ=1.225kg/m3，風能利用系數(shù)Cp=0.45，機械傳動效率ηm=0.95，發(fā)電機效率ηg=0.98。計算該風機的實際輸出功率（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。2.某風電場安裝20臺3MW風機，年平均風速為8.5m/s，風功率密度等級為3級（對應年平均風功率密度400~450W/m2），輪轂高度80m，空氣密度1.225kg/m3。若機組年利用小時數(shù)為3000h，計算該風電場的年發(fā)電量及等效滿負荷小時數(shù)（結(jié)果保留整數(shù)）。五、案例分析題（共1題，20分）某風電場一臺2.5MW雙饋機組在運行中出現(xiàn)“變流器過電流”故障停機，主控系統(tǒng)顯示故障代碼為“轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流超限”?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：-變流器散熱風扇運行正常，柜內(nèi)溫度35℃（正常范圍≤45℃）；-轉(zhuǎn)子電流傳感器信號無異常；-齒輪箱油溫和振動參數(shù)正常；-電網(wǎng)電壓波動在±5%以內(nèi)，頻率50±0.2Hz；-當日風速12~14m/s（機組額定風速11m/s）。請結(jié)合以上信息，分析可能的故障原因（至少列出4種），并提出對應的排查與處理步驟。答案及解析一、單項選擇題1.C（偏航軸承屬于偏航系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)包括主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器等）2.C（葉尖速比λ=ωR/v，ω=λv/R=8×12/(60)=1.6rad/s，葉尖速度v_tip=ωR=1.6×60=96m/s？計算錯誤，正確公式應為λ=葉尖速度/風速，故葉尖速度=λ×風速=8×12=96m/s，但選項中無96，可能題目中葉輪直徑D=120m，半徑R=60m，葉尖速度=2πRn/60，而λ=葉尖速度/風速=(πDn/60)/v→n=(λv×60)/(πD)=(8×12×60)/(3.14×120)=15.29rpm，葉尖速度=πDn/60=3.14×120×15.29/60≈96m/s，可能題目選項有誤，正確選項應為C（113.1m/s可能對應λ=9，需確認題目參數(shù)）。）3.B（雙饋變流器轉(zhuǎn)子側(cè)控制有功/無功，網(wǎng)側(cè)穩(wěn)定直流母線電壓）4.C（根據(jù)GB/T19963-2021，電壓跌至20%時需保持并網(wǎng)1.0s）5.C（電動變槳可靠性更高，液壓變槳響應更快）6.B（貝茨極限為59.3%）7.A（年發(fā)電量=2.5MW×2800h=7000MWh=700萬kWh）8.B（偏航系統(tǒng)使葉輪正對風向）9.C（電磁載荷屬于發(fā)電機內(nèi)部載荷，非風機主要載荷）10.B（全功率變流器支持0~120%同步速調(diào)節(jié)）11.C（翼型設計目標是最大化升阻比Cl/Cd）12.A（有功波動導致電壓閃變）13.C（振動幅值超標需評估后決定是否停機，非立即）14.C（傳動比=輸出轉(zhuǎn)速/輸入轉(zhuǎn)速=1800/18=100:1）15.D（SCADA不計算葉片疲勞壽命）16.D（浪涌保護器屬于內(nèi)部防雷）17.B（無功補償維持電壓穩(wěn)定）18.C（功率曲線對比法成本低，應用廣泛）19.A（海上需抗鹽霧腐蝕）20.D（黑啟動非基本要求）二、填空題1.風輪（或葉輪）2.熱力學溫度（或絕對溫度）3.雙饋變流器（或背靠背變流器）4.變槳驅(qū)動器故障信號（或冗余傳感器信號）5.機組輸出功率6.強制潤滑（或壓力潤滑）7.共振（或機械共振）8.諧波畸變率（或諧波含量）9.重力式基礎（或吸力樁基礎）10.超速（或過速）三、簡答題1.區(qū)別與優(yōu)缺點：直驅(qū)機組采用多極同步發(fā)電機，無齒輪箱，傳動鏈簡化；雙饋機組采用雙饋感應發(fā)電機，需齒輪箱升速。直驅(qū)優(yōu)點：低維護（無齒輪箱）、低噪音、高可靠性；缺點：發(fā)電機體積大、成本高、重量大。雙饋優(yōu)點：變流器容量?。s25~30%額定功率）、成本低、效率高；缺點：齒輪箱易故障、維護成本高、低電壓穿越控制復雜。2.葉尖速比與影響：葉尖速比λ=葉尖線速度/風速=ωR/v（ω為葉輪角速度，R為葉輪半徑）。λ過小，葉片對氣流擾動不足，Cp低；λ過大，葉片阻力增加，Cp下降。最佳葉尖速比λopt對應最大Cp，此時風機捕風效率最高，需通過變槳或變速控制跟蹤λopt以優(yōu)化發(fā)電。3.控制策略差異：低風速（v＜v_rated）：采用最大功率點跟蹤（MPPT），通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)矩控制葉輪轉(zhuǎn)速，保持λ=λopt，使Cp=Cp_max，最大化捕風；高風速（v＞v_rated）：通過變槳控制增大槳距角，降低Cp，限制輸入功率為額定值，同時調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)矩維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，保護機械部件。4.齒輪箱常見故障及特征：①齒面磨損：油樣檢測鐵含量增加，振動信號中出現(xiàn)嚙合頻率邊頻；②齒面點蝕：振動加速度信號在嚙合頻率處幅值升高，伴隨噪音增大；③軸承滾動體損傷：振動頻譜中出現(xiàn)軸承特征頻率（BPFO、BPFI等）；④齒輪斷齒：振動信號突變，伴隨劇烈沖擊脈沖；⑤油液污染：油質(zhì)分析顯示水分、顆粒度超標，潤滑性能下降。5.LVRT要求與技術(shù)手段：要求：當并網(wǎng)點電壓跌落時（如0.5s內(nèi)跌至20%額定電壓），機組需保持并網(wǎng)，向電網(wǎng)注入無功支持電壓恢復，且電壓恢復后快速恢復有功輸出。技術(shù)手段：①變流器控制策略優(yōu)化（如轉(zhuǎn)子側(cè)增加Crowbar保護，網(wǎng)側(cè)提升無功輸出能力）；②增加儲能裝置（如超級電容）穩(wěn)定直流母線電壓；③發(fā)電機設計強化（如提高絕緣等級）；④電網(wǎng)側(cè)配合（如安裝動態(tài)無功補償裝置SVG）。四、計算題1.輸出功率計算：風能功率P_wind=0.5×ρ×π×(D/2)2×v3=0.5×1.225×3.14×(70)2×103≈9.42×10?W=9420kW實際輸出功率P_out=P_wind×Cp×ηm×ηg=9420×0.45×0.95×0.98≈9420×0.425≈4003.5kW≈4003.50kW2.年發(fā)電量與等效小時數(shù)：年發(fā)電量=20臺×3MW×3000h=180,000MWh=1.8×10?kWh=1.8億kWh等效滿負荷小時數(shù)=年發(fā)電量/(總裝機容量)=180,000MWh/(20×3MW)=180,000/60=3000h（與題目給定一致）五、案例分析題可能故障原因及處理步驟：1.變流器控制參數(shù)漂移：原因：長期運行后，變流器控制板卡參數(shù)（如電流限幅閾值）因溫度或老化發(fā)生偏移，導致正常電流被誤判為超限。排查：使用專用軟件讀取變流器實時控制參數(shù)，與廠家設定值對比；處理：重新校準參數(shù)，必要時升級控制程序。2.轉(zhuǎn)子側(cè)變流器IGBT模塊損壞：原因：IGBT因過壓、過流或散熱不良（雖溫度正常，但可能局部散熱不均）導致?lián)舸痣娏鳟惓?。排查：用萬用表檢測IGBT模塊導通壓降，或通過示波器觀察輸出波形；處理：更換損壞的IGBT模塊，檢查驅(qū)動電路是否同步損壞。3.發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組短路：原因：轉(zhuǎn)子繞組絕緣老化或機械振動導致匝間短路，電流增大。排查：測量轉(zhuǎn)子繞組直流電阻（三相應平衡），使用匝間耐壓測試儀檢測絕緣；處理：修復或更換轉(zhuǎn)子繞組，檢查發(fā)電機軸承是否因振動導致氣隙不均。4.電網(wǎng)電壓波動引起的瞬時過流：原因：雖電壓波