2025年風力發(fā)電試題帶答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.表征單位面積上風能資源潛力的關鍵指標是（）。A.平均風速B.風功率密度C.湍流強度D.空氣密度答案：B2.風力機理論最大風能利用系數(shù)（貝茨極限）的數(shù)值為（）。A.0.493B.0.593C.0.693D.0.793答案：B3.雙饋感應發(fā)電機（DFIG）的變流器僅需處理（）的功率，因此體積和成本較低。A.10%-20%B.20%-30%C.30%-40%D.40%-50%答案：B4.海上風電機組塔筒通常采用（）材料以提高抗腐蝕性能。A.普通碳鋼B.高強度鋁合金C.不銹鋼D.防腐涂層碳鋼答案：D5.偏航系統(tǒng)的主要功能是（）。A.調(diào)整葉片角度以控制轉速B.使風輪始終對準來流方向C.支撐機艙和葉輪重量D.實現(xiàn)發(fā)電機與電網(wǎng)的同步答案：B6.葉片翼型設計中，為降低葉尖噪聲，通常采用（）。A.大彎度翼型B.后緣鋸齒結構C.光滑表面涂層D.空心蜂窩結構答案：B7.全功率變流器的主要作用是（）。A.僅實現(xiàn)發(fā)電機轉子側電能變換B.將發(fā)電機發(fā)出的交流電整流后逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻同相的交流電C.調(diào)節(jié)齒輪箱傳動比D.監(jiān)測機艙振動信號答案：B8.低電壓穿越（LVRT）要求風電機組在電網(wǎng)電壓跌落至額定值的（）時仍能保持并網(wǎng)運行。A.10%-20%B.20%-30%C.30%-40%D.40%-50%答案：A9.風電場SCADA系統(tǒng)的核心功能是（）。A.計算風資源評估報告B.實時監(jiān)控機組運行狀態(tài)并進行遠程控制C.設計葉片氣動外形D.優(yōu)化齒輪箱潤滑系統(tǒng)答案：B10.海上風電陣列電纜通常選用（）以提高水下絕緣性能。A.交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜B.聚氯乙烯（PVC）電纜C.橡膠絕緣電纜D.油紙絕緣電纜答案：A11.風力機葉輪的葉尖速比（λ）計算公式為（）。A.λ=ωR/vB.λ=v/ωRC.λ=ωv/RD.λ=R/ωv答案：A（注：ω為葉輪角速度，R為葉輪半徑，v為風速）12.為減少塔影效應，三葉片風電機組的葉輪轉速通常設計為（）。A.1-3rpmB.5-15rpmC.20-30rpmD.40-50rpm答案：B13.葉片結冰會導致（）。A.氣動效率下降，發(fā)電量減少B.葉輪重量減輕，轉速升高C.變槳系統(tǒng)響應速度加快D.齒輪箱負載降低答案：A14.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.降低發(fā)電機溫升D.減少塔筒振動答案：B15.直驅式風電機組的發(fā)電機通常采用（）以實現(xiàn)低速高扭矩輸出。A.鼠籠式感應發(fā)電機B.永磁同步發(fā)電機C.繞線式感應發(fā)電機D.雙饋感應發(fā)電機答案：B二、判斷題（每題1分，共15分。正確填“√”，錯誤填“×”）1.風切變指數(shù)越大，近地面風速隨高度增加的速率越快。（）答案：√2.貝茨極限適用于所有類型的水平軸風力機，垂直軸風力機不受此限制。（）答案：×（注：貝茨極限是基于動量理論的通用最大值，適用于所有理想風力機）3.雙饋風電機組在低風速時可通過調(diào)節(jié)轉子電流實現(xiàn)最大風能跟蹤。（）答案：√4.所有風電機組均需配置齒輪箱以提高發(fā)電機轉速。（）答案：×（注：直驅機型無齒輪箱）5.葉片氣動中心是氣動力的等效作用點，通常位于弦長的25%處。（）答案：√6.變槳系統(tǒng)故障時，風電機組可通過機械剎車緊急停機。（）答案：√7.海上風電的基礎形式（如單樁、導管架）選擇僅與水深有關，與地質(zhì)條件無關。（）答案：×（注：需綜合考慮水深、地質(zhì)、波浪載荷等）8.湍流強度越高，風電機組承受的疲勞載荷越小。（）答案：×（注：湍流強度高會增加疲勞載荷）9.風電場功率預測誤差超過20%時，可能影響電網(wǎng)調(diào)度計劃。（）答案：√10.葉片雷擊損傷主要發(fā)生在葉尖部位，因此需在葉尖安裝接閃器。（）答案：√11.齒輪箱油液中金屬顆粒含量異常升高是軸承或齒輪磨損的典型征兆。（）答案：√12.風電機組的額定風速是指達到額定功率的最低風速，超過后功率保持恒定。（）答案：√13.海上升壓站的主要功能是將機組發(fā)出的35kV電能升壓至110kV或220kV后接入電網(wǎng)。（）答案：√14.風電場選址時，年平均風速6m/s的場地一定比5m/s的場地更優(yōu)。（）答案：×（注：需綜合考慮湍流強度、風切變、障礙物等因素）15.葉片表面污染（如積灰）會增加表面粗糙度，導致升力系數(shù)下降、阻力系數(shù)上升。（）答案：√三、簡答題（每題5分，共50分）1.簡述水平軸風力機的能量轉換過程。答案：風能通過葉輪捕獲轉化為機械能（葉輪旋轉）→機械能通過主軸傳遞至齒輪箱（直驅機型無此環(huán)節(jié)）→齒輪箱提升轉速后傳遞至發(fā)電機→發(fā)電機將機械能轉化為電能→電能經(jīng)變流器（或變壓器）處理后并入電網(wǎng)。2.對比雙饋感應發(fā)電機（DFIG）與直驅永磁同步發(fā)電機（PMSG）的優(yōu)缺點。答案：DFIG優(yōu)點：變流器容量小（約25%-30%額定功率），成本低；可實現(xiàn)變速恒頻運行；缺點：需齒輪箱，維護成本高；對電網(wǎng)電壓波動敏感。PMSG優(yōu)點：無齒輪箱，可靠性高；全功率變流器并網(wǎng)，電網(wǎng)適應性強；缺點：發(fā)電機體積大、重量重；變流器成本高（需處理全部功率）。3.葉片設計需考慮哪些關鍵參數(shù)？答案：①葉輪直徑（決定掃風面積）；②葉片數(shù)（通常2-3片，3片為主流）；③翼型選擇（根部厚翼型抗彎矩，尖部薄翼型高效率）；④扭角分布（優(yōu)化各截面來流攻角）；⑤弦長分布（根部弦長大以承受彎矩，尖部弦長小以減少阻力）；⑥材料（玻璃纖維/碳纖維復合材料，兼顧強度與輕量化）。4.偏航系統(tǒng)由哪些部件組成？其控制策略的核心目標是什么？答案：組成：偏航電機、偏航減速器、偏航軸承、偏航制動裝置、風向標/風速儀?？刂撇呗院诵哪繕耍和ㄟ^比較實際風向與機艙朝向，驅動偏航電機調(diào)整機艙角度，使風輪掃風面與來流方向夾角≤5°，確保最大風能捕獲。5.低電壓穿越（LVRT）對風電機組的技術要求有哪些？答案：①電壓跌落期間（如電網(wǎng)電壓降至20%額定值）保持并網(wǎng)至少1.5秒；②向電網(wǎng)提供無功支持（電壓每降低1%，提供2%無功電流）；③電壓恢復后快速恢復有功輸出；④具備過流保護功能，避免因電流過大損壞變流器。6.海上風電相比陸上風電面臨哪些特殊挑戰(zhàn)？答案：①惡劣環(huán)境：高鹽霧腐蝕、強波浪載荷、臺風頻發(fā)；②基礎施工：需深海打樁/安裝復雜基礎結構，施工成本高；③運維困難：海上交通受限，運維船/直升機費用高，停機損失大；④電力傳輸：需長距離海纜輸電，海纜絕緣與防腐要求高；⑤電磁干擾：海纜與海底通信電纜可能產(chǎn)生干擾。7.風電場SCADA系統(tǒng)的主要功能有哪些？答案：①實時監(jiān)測：采集機組運行參數(shù)（風速、功率、轉速、溫度等）；②遠程控制：調(diào)節(jié)變槳角度、啟停機組、切換運行模式；③故障診斷：通過閾值報警、趨勢分析識別異常（如振動超標、溫度異常）；④數(shù)據(jù)存儲與分析：提供發(fā)電量報表、設備利用率統(tǒng)計、風資源評估報告；⑤與電網(wǎng)調(diào)度通信：接收調(diào)度指令，調(diào)整有功/無功輸出。8.齒輪箱常見故障及主要原因是什么？答案：①齒輪磨損：潤滑不足、油液污染（金屬顆粒/水分）、過載運行；②軸承失效：安裝偏差導致載荷不均、潤滑脂老化、疲勞點蝕；③漏油：密封件老化、箱體變形、呼吸閥堵塞；④振動異常：齒輪嚙合不良、軸不對中、軸承游隙過大；⑤油溫過高：冷卻系統(tǒng)故障（如散熱器堵塞）、齒輪嚙合損失過大。9.風電場選址需考慮哪些主要因素？答案：①風資源：年平均風速≥6m/s（陸上）或7m/s（海上），湍流強度≤0.18；②地形地貌：避免強湍流區(qū)（如山谷、障礙物附近），選擇平坦或緩坡地形；③電網(wǎng)接入：距離變電站近，輸電線路成本低，電網(wǎng)容量足夠；④環(huán)境限制：避開自然保護區(qū)、鳥類遷徙路徑、機場凈空區(qū)；⑤地質(zhì)條件：地基承載力滿足塔筒/基礎要求，避免溶洞、滑坡等不良地質(zhì)；⑥經(jīng)濟性：綜合考慮建設成本（機組、塔架、線路）與發(fā)電量收益。10.簡述雙PWM變流器的拓撲結構及各部分作用。答案：拓撲結構：由機側變流器（轉子側，若為雙饋機型）或發(fā)電機側變流器（直驅機型）、直流母線電容、網(wǎng)側變流器組成。作用：①機側變流器：控制發(fā)電機轉矩/轉速，實現(xiàn)最大風能跟蹤（MPPT）；②直流母線電容：穩(wěn)定直流電壓，緩沖功率波動；③網(wǎng)側變流器：調(diào)節(jié)無功功率，控制直流母線電壓，確保輸出電能與電網(wǎng)同頻同相。四、計算題（每題7分，共35分）1.某風電場空氣密度ρ=1.225kg/m3，葉輪直徑D=160m，風速v=10m/s，風能利用系數(shù)Cp=0.45，求此時風輪捕獲的風能功率。答案：掃風面積A=π(D/2)2=3.14×(80)2=20096m2；風能功率P=0.5ρAv3Cp=0.5×1.225×20096×103×0.45=0.5×1.225×20096×1000×0.45=0.5×1.225×20096×450=0.5×1.225×9,043,200=0.5×11,073,（計算過程）最終P≈5.536×10?W=5536kW。2.某風電機組額定功率3MW，年利用小時數(shù)3200h，求其年發(fā)電量。答案：年發(fā)電量=額定功率×年利用小時數(shù)=3MW×3200h=9600MWh=960萬kWh。3.某風電機組葉輪轉速n=12rpm，葉輪直徑D=140m，風速v=8m/s，計算葉尖速比λ。答案：葉輪半徑R=D/2=70m；葉輪角速度ω=2πn/60=2×3.14×12/60=1.256rad/s；葉尖速比λ=ωR/v=1.256×70/8≈11.0。4.某雙饋風電