(2025年)新能源風(fēng)機(jī)技術(shù)考試題(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.2025年主流大型陸上風(fēng)機(jī)的葉輪直徑普遍超過180米，其設(shè)計(jì)中為降低葉片根部彎矩最常用的技術(shù)是（）。A.增加葉片尖速比B.采用后掠式葉片氣動(dòng)外形C.提高輪轂中心高度D.優(yōu)化變流器調(diào)制策略答案：B2.半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的增速比通常設(shè)計(jì)在（）范圍內(nèi)，以平衡系統(tǒng)效率與體積重量。A.1:5~1:10B.1:10~1:20C.1:20~1:30D.1:30~1:40答案：B3.海上風(fēng)機(jī)齒輪箱采用雙分支傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的主要目的是（）。A.降低制造成本B.提高抗沖擊能力C.減小軸向尺寸D.簡(jiǎn)化潤(rùn)滑系統(tǒng)答案：C4.2025年新型風(fēng)電機(jī)組普遍采用的“全功率變流器+永磁同步發(fā)電機(jī)”方案中，變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多為（）。A.兩電平IGBT拓?fù)銪.三電平NPC拓?fù)銫.模塊化多電平換流器（MMC）D.諧振軟開關(guān)拓?fù)浯鸢福築5.針對(duì)高海拔地區(qū)（海拔3000米以上）風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，需重點(diǎn)優(yōu)化的參數(shù)是（）。A.發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)B.葉片防雷系統(tǒng)C.齒輪箱油位傳感器D.變流器散熱效率答案：D（高海拔空氣稀薄，散熱能力下降，需強(qiáng)化變流器冷卻設(shè)計(jì)）6.漂浮式海上風(fēng)機(jī)的系泊系統(tǒng)中，張力腿式（TLP）相較于懸鏈線式的核心優(yōu)勢(shì)是（）。A.適應(yīng)更深海域B.減少平臺(tái)運(yùn)動(dòng)幅度C.降低材料用量D.便于安裝維護(hù)答案：B7.2025年智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中，基于AI的短期風(fēng)況預(yù)測(cè)模型輸入?yún)?shù)不包括（）。A.相鄰風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率B.輪轂高度處的湍流強(qiáng)度C.葉片表面應(yīng)變數(shù)據(jù)D.衛(wèi)星云圖的可見光波段信息答案：D（衛(wèi)星云圖通常用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，短期預(yù)測(cè)依賴近場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)）8.風(fēng)機(jī)葉片采用碳纖維-玻璃纖維混雜鋪層技術(shù)的主要目的是（）。A.降低材料成本B.提高抗雷擊性能C.平衡剛度與重量D.增強(qiáng)表面耐候性答案：C9.低風(fēng)速地區(qū)（年平均風(fēng)速5~6m/s）風(fēng)機(jī)選型時(shí)，優(yōu)先考慮的性能指標(biāo)是（）。A.額定功率B.切入風(fēng)速C.葉尖速比范圍D.發(fā)電機(jī)效率曲線答案：B（低風(fēng)速下需更低的切入風(fēng)速以提高可利用率）10.風(fēng)機(jī)主軸承采用油氣潤(rùn)滑相較于油霧潤(rùn)滑的優(yōu)勢(shì)是（）。A.潤(rùn)滑介質(zhì)成本更低B.更適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)景C.減少軸承腔內(nèi)壓力波動(dòng)D.降低潤(rùn)滑油消耗率答案：D（油氣潤(rùn)滑油量可控，消耗僅為油霧潤(rùn)滑的1/5~1/10）二、填空題（每空1分，共20分）1.2025年主流陸上風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量已普遍達(dá)到（）MW級(jí)，部分機(jī)型突破8MW。答案：6~72.葉片防雷系統(tǒng)中，接閃器的布置密度需滿足在（）kV雷電流沖擊下，葉片表面電場(chǎng)強(qiáng)度不超過材料擊穿閾值。答案：2003.海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，單樁基礎(chǔ)適用的最大水深約為（）米，超過該深度需采用導(dǎo)管架或漂浮式結(jié)構(gòu)。答案：504.永磁同步發(fā)電機(jī)的退磁風(fēng)險(xiǎn)主要源于（）過高或（）劇烈波動(dòng)。答案：溫度；電樞反應(yīng)磁場(chǎng)5.變槳系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)通常包括（）冗余、（）冗余和后備電源冗余。答案：驅(qū)動(dòng)電機(jī)；傳感器（或“控制器”）6.風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)監(jiān)測(cè)中，常用的特征參數(shù)包括（）、（）和峭度值。答案：均方根值（RMS）；峰值因子7.2025年新型風(fēng)機(jī)葉片的復(fù)合材料中，環(huán)氧樹脂基體占比約（）%，碳纖維增強(qiáng)體占比提升至（）%以上以降低重量。答案：30~40；158.電網(wǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)的一次調(diào)頻要求是：當(dāng)系統(tǒng)頻率低于（）Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)需釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能參與調(diào)頻，有功功率調(diào)整速率不低于（）%額定功率/秒。答案：49.5；29.漂浮式風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)需控制在：橫搖/縱搖角度不超過（）度，垂蕩位移不超過（）米，以保證機(jī)組安全運(yùn)行。答案：5；210.數(shù)字孿生技術(shù)在風(fēng)機(jī)運(yùn)維中的應(yīng)用包括（）、（）和壽命預(yù)測(cè)。答案：故障診斷；性能優(yōu)化三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述2025年大型風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)中“氣動(dòng)-結(jié)構(gòu)-材料”多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化的主要內(nèi)容。答案：①氣動(dòng)優(yōu)化：通過CFD仿真優(yōu)化翼型分布和扭角，降低葉尖渦損失，提升低風(fēng)速區(qū)效率；②結(jié)構(gòu)優(yōu)化：采用拓?fù)鋬?yōu)化算法設(shè)計(jì)葉片內(nèi)部加強(qiáng)筋布局，減少根部彎矩集中；③材料優(yōu)化：根據(jù)載荷分布采用混雜纖維（如葉根用碳纖維、葉中用玻璃纖維），平衡剛度與重量；④協(xié)同耦合：通過多目標(biāo)優(yōu)化軟件（如Isight）聯(lián)立氣動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料成本目標(biāo)函數(shù)，求解帕累托最優(yōu)解。2.對(duì)比分析直驅(qū)式與半直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組在2025年市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。答案：直驅(qū)式優(yōu)勢(shì)：①無齒輪箱，減少機(jī)械故障點(diǎn)，運(yùn)維成本低；②發(fā)電機(jī)極數(shù)多、轉(zhuǎn)速低，適配永磁技術(shù)，效率高（滿發(fā)效率>96%）；③適用于海上高可靠性場(chǎng)景。半直驅(qū)式優(yōu)勢(shì)：①增速比適中（1:10~1:20），發(fā)電機(jī)體積重量?jī)H為直驅(qū)的1/3~1/2，降低運(yùn)輸安裝成本；②保留齒輪箱的傳動(dòng)效率（>98%），系統(tǒng)總效率與直驅(qū)接近；③更適合陸上大兆瓦機(jī)型（如6~8MW）的輕量化需求。3.說明海上風(fēng)機(jī)防腐體系的“三層防護(hù)”技術(shù)方案及各層作用。答案：①材料層：采用耐候鋼（如Q345NH）或鋁合金基體，添加鉻、鎳等元素提升抗海水腐蝕能力；②涂層層：底層為環(huán)氧富鋅底漆（鋅含量>80%，犧牲陽極保護(hù)），中間層為環(huán)氧云鐵中間漆（屏蔽氯離子滲透），面層為聚氨酯面漆（耐紫外線老化）；③陰極保護(hù)層：外加電流陰極保護(hù)（ICCP）或犧牲陽極（如鋁基合金），通過電化學(xué)原理抑制基體腐蝕，適用于水下部分（如單樁基礎(chǔ)）。4.解釋風(fēng)機(jī)“主動(dòng)失速控制”與“變槳距控制”在高風(fēng)速區(qū)的調(diào)節(jié)差異及各自適用場(chǎng)景。答案：調(diào)節(jié)差異：①主動(dòng)失速控制：通過葉片固定安裝角設(shè)計(jì)，當(dāng)風(fēng)速超過額定值時(shí)，氣流在葉片表面分離加劇，升力下降，限制功率；②變槳距控制：通過變槳機(jī)構(gòu)調(diào)整葉片攻角，減小有效迎風(fēng)面積，保持功率穩(wěn)定。適用場(chǎng)景：主動(dòng)失速控制適用于低風(fēng)速區(qū)為主、對(duì)成本敏感的小型風(fēng)機(jī)（<2MW）；變槳距控制適用于大兆瓦（>3MW）風(fēng)機(jī)，尤其海上機(jī)型，可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的功率調(diào)節(jié)和載荷控制。5.簡(jiǎn)述2025年智能風(fēng)機(jī)“數(shù)字孿生體”的構(gòu)建流程及核心技術(shù)。答案：構(gòu)建流程：①物理層建模：通過傳感器（如應(yīng)變片、加速度計(jì)）采集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)（載荷、振動(dòng)、溫度等）；②虛擬層建模：基于多體動(dòng)力學(xué)（如Bladed）、有限元分析（如ANSYS）建立機(jī)械-電氣-控制耦合模型；③數(shù)據(jù)融合：利用機(jī)器學(xué)習(xí)（如LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）校準(zhǔn)模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬模型與物理機(jī)組的實(shí)時(shí)同步；④功能開發(fā)：集成故障診斷（如基于異常檢測(cè)的軸承故障識(shí)別）、性能優(yōu)化（如尾流效應(yīng)智能調(diào)整）等應(yīng)用模塊。核心技術(shù)：高保真多物理場(chǎng)耦合建模、邊緣計(jì)算（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理）、數(shù)字主線（全生命周期數(shù)據(jù)貫通）。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某6MW陸上風(fēng)機(jī)，輪轂高度140米，葉輪直徑190米，年平均風(fēng)速7.5m/s（Weibull分布參數(shù)k=2，c=8m/s），空氣密度1.225kg/m3，機(jī)組效率（包括傳動(dòng)、發(fā)電、變流）為92%。計(jì)算：（1）葉輪掃風(fēng)面積；（2）年理論發(fā)電量（不計(jì)停機(jī)時(shí)間）；（3）若當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.38元/kWh，年發(fā)電收益（保留兩位小數(shù)）。答案：（1）掃風(fēng)面積S=π(D/2)2=3.14(190/2)2=28338.5m2（2分）（2）Weibull分布下的平均風(fēng)功率密度P_w=(1/2)ρSv3Γ(1+3/k)其中Γ(1+3/2)=Γ(2.5)=1.3293（查伽馬函數(shù)表）v3的期望值=c3Γ(1+3/k)=831.3293=5121.3293=680.6m3/s3（2分）理論風(fēng)功率P=0.51.22528338.5680.6≈0.51.22528338.5680.6≈11,742,000W≈11.742MW（2分）年理論發(fā)電量=11.742MW92%8760h≈11.7420.928760≈95,432.5MWh（2分）（3）年收益=95,432.5MWh0.38元/kWh=36,264,350元≈3626.44萬元（2分）2.某半直驅(qū)風(fēng)機(jī)齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速12rpm，輸出轉(zhuǎn)速1800rpm，輸入扭矩5.2MN·m，輸出功率4.8MW，機(jī)械效率97%。計(jì)算：（1）齒輪箱增速比；（2）輸入功率；（3）輸出扭矩（保留兩位小數(shù)）。答案：（1）增速比i=輸出轉(zhuǎn)速/輸入轉(zhuǎn)速=1800/12=150（3分）（2）輸入功率P_in=輸入扭矩輸入轉(zhuǎn)速(2π/60)=5.2e6N·m12rpm(23.14/60)=5.2e6120.1047≈6.545e6W≈6.545MW（3分）（3）輸出功率P_out=P_in機(jī)械效率=6.5450.97≈6.348MW（題目中給出輸出功率4.8MW可能為實(shí)際值，此處按公式計(jì)算）輸出扭矩T_out=P_out/(輸出轉(zhuǎn)速(2π/60))=4.8e6W/(1800(23.14/60))=4.8e6/(188.4)≈25,477.71N·m≈25.48kN·m（4分）五、論述題（每題10分，共20分）1.結(jié)合2025年新能源并網(wǎng)要求，論述風(fēng)電機(jī)組需具備的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同能力及關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑。答案：協(xié)同能力要求：①快速頻率響應(yīng)：當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)（如±0.5Hz），風(fēng)機(jī)需通過轉(zhuǎn)子動(dòng)能釋放（慣量響應(yīng)）或變槳調(diào)節(jié)，在2秒內(nèi)完成有功功率調(diào)整（調(diào)整量≥10%額定功率）；②動(dòng)態(tài)電壓支撐：具備高/低電壓穿越（HVRT/LVRT）能力，電壓跌落至20%額定值時(shí)保持不脫網(wǎng)，持續(xù)提供無功支撐（無功電流≥1.5倍額定電流）；③多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)：與儲(chǔ)能系統(tǒng)（如風(fēng)機(jī)配套的鋰電池或飛輪儲(chǔ)能）聯(lián)動(dòng)，平滑輸出功率波動(dòng)（10分鐘級(jí)波動(dòng)率≤5%）；④需求側(cè)響應(yīng)：接收電網(wǎng)調(diào)度指令，參與調(diào)峰（如負(fù)荷低谷時(shí)降低出力）或緊急備用（預(yù)留15%~20%的備用容量）。關(guān)鍵技術(shù)路徑：①控制策略優(yōu)化：采用虛擬同步機(jī)（VSG）控制技術(shù)，模擬同步發(fā)電機(jī)的慣量和阻尼特性，提升頻率支撐能力；②變流器升級(jí)：采用寬禁帶半導(dǎo)體（如SiC器件）提高變流器響應(yīng)速度（開關(guān)頻率提升至20kHz以上），增強(qiáng)動(dòng)態(tài)無功輸出能力；③儲(chǔ)能協(xié)同控制：開發(fā)風(fēng)機(jī)-儲(chǔ)能聯(lián)合優(yōu)化算法（如模型預(yù)測(cè)控制MPC），根據(jù)電網(wǎng)需求實(shí)時(shí)分配有功功率；④通信與算力支撐：部署5G+邊緣計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)調(diào)度中心的毫秒級(jí)通信（延遲<10ms），支持實(shí)時(shí)決策。2.分析2025年海上風(fēng)機(jī)向“大容量、深水化、智能化”發(fā)展面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略。答案：技術(shù)挑戰(zhàn)：①大容量帶來的載荷問題：10MW以上風(fēng)機(jī)葉輪直徑超200米，葉片根部彎矩達(dá)50MN·m，傳統(tǒng)玻璃纖維葉片易發(fā)生疲勞斷裂；②深水化的基礎(chǔ)與系泊難題：水深超50米時(shí)，單樁基礎(chǔ)成本劇增（每增加1米水深成本上升8%），漂浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)（如橫搖）影響機(jī)組穩(wěn)定性；③智能化的數(shù)據(jù)與安全風(fēng)險(xiǎn)：海量傳感器數(shù)據(jù)（單臺(tái)風(fēng)機(jī)日均數(shù)據(jù)量>10GB）的實(shí)時(shí)處理需求，以及網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)控制系統(tǒng)的威脅。應(yīng)對(duì)策略：①材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：采用碳纖維-玻璃纖維混雜葉片（葉根碳纖維占比提升至30%），結(jié)合氣動(dòng)