2025年《風(fēng)力發(fā)電原理》考試復(fù)習(xí)題庫附答案一、單項選擇題（每題2分，共40分）1.風(fēng)力機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能的核心部件是（）。A.齒輪箱B.發(fā)電機C.風(fēng)輪D.塔架答案：C2.貝茨理論指出，理想風(fēng)力機的最大風(fēng)能利用系數(shù)為（）。A.59.3%B.45.2%C.65.8%D.72.1%答案：A（注：貝茨極限為16/27≈59.3%）3.下列哪種風(fēng)輪類型屬于升力型風(fēng)力機？（）A.薩渥紐斯風(fēng)輪B.達里厄風(fēng)輪C.多葉片風(fēng)輪D.荷蘭式風(fēng)輪答案：B（達里厄風(fēng)輪依靠葉片升力驅(qū)動，薩渥紐斯為阻力型）4.雙饋感應(yīng)發(fā)電機（DFIG）的轉(zhuǎn)子側(cè)通過（）與電網(wǎng)連接。A.全功率變流器B.部分功率變流器C.直接耦合D.變壓器答案：B（雙饋發(fā)電機僅需處理轉(zhuǎn)差功率，變流器容量為額定功率的20%-30%）5.風(fēng)力機的葉尖速比λ定義為（）。A.風(fēng)速與葉尖線速度的比值B.葉尖線速度與風(fēng)速的比值C.風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的比值D.輸出功率與輸入風(fēng)功率的比值答案：B6.水平軸風(fēng)力機的偏航系統(tǒng)主要作用是（）。A.調(diào)節(jié)槳距角B.保持風(fēng)輪正對風(fēng)向C.支撐機艙重量D.吸收振動答案：B7.下列哪種發(fā)電機更適合直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)？（）A.鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機B.雙饋感應(yīng)發(fā)電機C.永磁同步發(fā)電機D.繞線式感應(yīng)發(fā)電機答案：C（直驅(qū)系統(tǒng)無需齒輪箱，永磁同步發(fā)電機低速高扭矩特性匹配需求）8.風(fēng)功率密度的計算公式為（）。A.P=0.5ρAv2B.P=0.5ρAv3C.P=ρAv3D.P=ρAv2答案：B（風(fēng)功率與風(fēng)速三次方成正比）9.風(fēng)力機的切入風(fēng)速是指（）。A.風(fēng)力機開始發(fā)電的最低風(fēng)速B.風(fēng)力機達到額定功率的風(fēng)速C.風(fēng)力機允許運行的最高風(fēng)速D.風(fēng)力機葉片開始變槳的風(fēng)速答案：A10.下列哪項不是影響風(fēng)能資源評估的關(guān)鍵參數(shù)？（）A.平均風(fēng)速B.風(fēng)速頻率分布C.空氣濕度D.風(fēng)切變指數(shù)答案：C（空氣密度受溫度、氣壓影響，濕度對密度影響較小，非關(guān)鍵參數(shù)）11.變槳距控制的主要目的是（）。A.提高低風(fēng)速時的風(fēng)能捕獲B.限制高風(fēng)速時的輸出功率C.降低塔架高度D.減少齒輪箱損耗答案：B（變槳通過調(diào)節(jié)槳葉角度，使高風(fēng)速下功率保持額定值）12.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越（LVRT）能力是指（）。A.電網(wǎng)電壓降低時仍能保持并網(wǎng)運行B.系統(tǒng)內(nèi)部電壓波動時自我保護C.低風(fēng)速下維持發(fā)電效率D.減少諧波對電網(wǎng)的影響答案：A13.下列哪種儲能技術(shù)更適合風(fēng)力發(fā)電的間歇性調(diào)節(jié)？（）A.鉛酸電池B.抽水蓄能C.飛輪儲能D.壓縮空氣儲能答案：B（抽水蓄能容量大、持續(xù)時間長，適合風(fēng)電場大規(guī)模儲能）14.風(fēng)力機的塔架振動主要由（）引起。A.齒輪箱噪聲B.風(fēng)輪不平衡力C.發(fā)電機電磁力D.變流器諧波答案：B（風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時的氣動不平衡力是塔架振動的主要激勵源）15.葉素-動量理論（BEM）結(jié)合了（）。A.動量守恒與葉素升阻力分析B.能量守恒與葉尖損失修正C.動量守恒與尾流旋轉(zhuǎn)效應(yīng)D.能量守恒與葉根強度校核答案：A（BEM理論通過動量定理計算軸向誘導(dǎo)速度，結(jié)合葉素的升阻力特性計算氣動力）16.海上風(fēng)電場相比陸上的優(yōu)勢不包括（）。A.風(fēng)速更穩(wěn)定B.土地資源限制小C.運維成本低D.湍流強度低答案：C（海上風(fēng)電場受環(huán)境影響大，運維成本顯著高于陸上）17.風(fēng)力機的年發(fā)電量（AEP）計算需考慮（）。A.風(fēng)速分布、機組效率、可用率B.葉片材料、塔架高度、變流器容量C.齒輪箱壽命、發(fā)電機溫升、變槳速度D.電網(wǎng)頻率、電壓等級、傳輸距離答案：A（AEP主要與風(fēng)能資源、機組能量轉(zhuǎn)換效率及運行可靠性相關(guān)）18.下列哪種故障屬于風(fēng)力機機械故障？（）A.變流器IGBT損壞B.發(fā)電機繞組短路C.齒輪箱軸承磨損D.主控系統(tǒng)程序錯誤答案：C（齒輪箱軸承磨損屬于機械部件失效）19.垂直軸風(fēng)力機的主要缺點是（）。A.啟動風(fēng)速高B.無需偏航系統(tǒng)C.結(jié)構(gòu)簡單D.適合低風(fēng)速區(qū)答案：A（垂直軸風(fēng)力機依靠阻力或升力啟動，啟動轉(zhuǎn)矩小，需更高風(fēng)速）20.大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的主要影響是（）。A.提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性B.增加有功功率儲備C.引入間歇性功率波動D.降低諧波污染答案：C（風(fēng)電出力受風(fēng)速波動影響，可能導(dǎo)致電網(wǎng)功率波動）二、填空題（每題2分，共20分）1.風(fēng)力機的基本組成包括風(fēng)輪、機艙、______和基礎(chǔ)。答案：塔架2.空氣密度的標準值（15℃，1個標準大氣壓）約為______kg/m3。答案：1.2253.風(fēng)力機的功率曲線描述了______與風(fēng)速的關(guān)系。答案：輸出功率4.葉尖速比λ=ωR/v，其中ω為風(fēng)輪______，R為風(fēng)輪半徑，v為風(fēng)速。答案：角速度（或旋轉(zhuǎn)角速度）5.雙饋感應(yīng)發(fā)電機的定子繞組直接連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組通過______與電網(wǎng)連接。答案：變流器6.風(fēng)力機的制動系統(tǒng)分為機械制動和______制動。答案：氣動（或空氣動力）7.風(fēng)電場的微觀選址需考慮風(fēng)資源分布、______和機組尾流影響。答案：地形條件（或地質(zhì)條件）8.變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)______使風(fēng)輪保持最佳葉尖速比。答案：轉(zhuǎn)速（或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速）9.風(fēng)力機的主要氣動損失包括葉尖損失、______和輪轂損失。答案：葉根損失10.海上風(fēng)電的基礎(chǔ)形式主要有單樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)和______基礎(chǔ)。答案：吸力筒（或浮式）三、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述貝茨理論的假設(shè)條件及實際應(yīng)用中的修正因素。答案：貝茨理論假設(shè)：①理想流體（無粘性、不可壓縮）；②風(fēng)輪為無限多葉片的理想致動盤；③尾流為均勻軸向流動，無旋轉(zhuǎn)；④風(fēng)輪前后壓力差僅由動能變化引起。實際修正因素包括：葉尖損失（葉片有限導(dǎo)致尾流收縮）、尾流旋轉(zhuǎn)（消耗部分能量）、空氣粘性（產(chǎn)生阻力）、風(fēng)輪偏航（風(fēng)向變化導(dǎo)致效率降低）。2.比較水平軸與垂直軸風(fēng)力機的優(yōu)缺點。答案：水平軸優(yōu)點：風(fēng)能利用系數(shù)高（可達0.45以上），技術(shù)成熟，適合大規(guī)模發(fā)電；缺點：需偏航系統(tǒng)對風(fēng)，塔架高度高，啟動轉(zhuǎn)矩小。垂直軸優(yōu)點：無需對風(fēng)，結(jié)構(gòu)緊湊，適合低風(fēng)速或復(fù)雜地形；缺點：風(fēng)能利用系數(shù)低（通常0.3以下），啟動風(fēng)速高，葉片受力復(fù)雜易疲勞。3.說明變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的核心原理及優(yōu)勢。答案：核心原理：通過調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，使葉尖速比保持最佳值（λopt），從而在變風(fēng)速下最大化風(fēng)能捕獲；同時利用變流器控制發(fā)電機輸出頻率，使其與電網(wǎng)頻率（50Hz）一致。優(yōu)勢：①低風(fēng)速時提高風(fēng)能利用系數(shù)；②高風(fēng)速時通過變槳控制平滑功率輸出；③減少機械應(yīng)力（轉(zhuǎn)速可波動）；④改善電能質(zhì)量（輸出頻率穩(wěn)定）。4.分析風(fēng)輪葉片的氣動設(shè)計要點。答案：設(shè)計要點：①翼型選擇：根部采用厚翼型（高強度），葉尖采用薄翼型（高升阻比）；②扭角分布：從根到尖逐漸減小，使各葉素處氣流攻角接近最佳值；③弦長分布：根部弦長較大（承載彎矩），葉尖弦長較?。p少阻力）；④考慮雷諾數(shù)影響（不同葉高處風(fēng)速不同，雷諾數(shù)變化）；⑤葉尖形狀優(yōu)化（減少葉尖渦損失）。5.簡述風(fēng)力機齒輪箱的常見故障及預(yù)防措施。答案：常見故障：齒輪磨損（齒面點蝕、膠合）、軸承失效（疲勞剝落、潤滑不良）、油液污染（顆粒雜質(zhì)導(dǎo)致磨損加?。?、箱體振動（不對中或不平衡）。預(yù)防措施：定期油液檢測（顆粒度、含水量）、優(yōu)化潤滑系統(tǒng)（采用循環(huán)過濾）、安裝振動監(jiān)測傳感器（早期故障預(yù)警）、控制齒輪加工精度（減少嚙合沖擊）、合理設(shè)計增速比（避免過載）。6.說明風(fēng)電場并網(wǎng)時需考慮的電能質(zhì)量問題及解決方法。答案：電能質(zhì)量問題：①電壓波動（風(fēng)速突變導(dǎo)致功率波動）；②諧波污染（變流器開關(guān)產(chǎn)生諧波）；③頻率偏差（風(fēng)電占比高時系統(tǒng)慣性降低）。解決方法：①安裝動態(tài)無功補償裝置（如SVG）穩(wěn)定電壓；②變流器采用多電平拓撲或PWM控制降低諧波；③風(fēng)電機組參與一次調(diào)頻（通過儲能或轉(zhuǎn)子動能釋放）；④優(yōu)化風(fēng)電場輸出功率平滑控制（結(jié)合儲能系統(tǒng)）。四、計算題（每題8分，共16分）1.某水平軸風(fēng)力機風(fēng)輪直徑D=120m，空氣密度ρ=1.225kg/m3，當(dāng)風(fēng)速v=10m/s時，若風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45，求風(fēng)輪捕獲的機械功率（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。解：風(fēng)輪掃風(fēng)面積A=π(D/2)2=π×602≈11309.73m2風(fēng)功率P_wind=0.5ρAv3=0.5×1.225×11309.73×103≈6.92×10?W機械功率P_mech=P_wind×Cp=6.92×10?×0.45≈3.11×10?W=3.11MW答案：3.11MW2.某直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n=15r/min，風(fēng)輪半徑R=50m，額定風(fēng)速v_r=12m/s，求額定工況下的葉尖速比λ（π取3.14）。解：風(fēng)輪角速度ω=2πn/60=2×3.14×15/60≈1.57rad/s葉尖線速度u=ωR=1.57×50≈78.5m/s葉尖速比λ=u/v_r=78.5/12≈6.54答案：6.54五、論述題（每題12分，共24分）1.論述大型海上風(fēng)電機組的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)及應(yīng)對策略。答案：關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)及策略：①海上環(huán)境嚴酷：鹽霧腐蝕、臺風(fēng)、波浪載荷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞。應(yīng)對：采用耐腐蝕材料（如雙相不銹鋼）、優(yōu)化塔架-基礎(chǔ)耦合設(shè)計（如吸力筒基礎(chǔ)）、增加防腐涂層（熱噴涂鋁）。②大功率傳動系統(tǒng)：直驅(qū)發(fā)電機體積大（重量超千噸），運輸安裝困難。應(yīng)對：研發(fā)輕量化永磁材料（如高矯頑力釹鐵硼）、采用模塊化設(shè)計（分艙運輸）、發(fā)展浮式風(fēng)電技術(shù)（降低基礎(chǔ)重量）。③海上運維成本高：受海況限制，檢修窗口期短。應(yīng)對：安裝智能監(jiān)測系統(tǒng)（如光纖光柵傳感器）、開發(fā)無人巡檢技術(shù)（無人機/水下機器人）、預(yù)配冗余部件（關(guān)鍵設(shè)備備用模塊）。④并網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜：遠距離海底電纜傳輸損耗大，需高壓直流（HVDC）輸電。應(yīng)對：采用VSC-HVDC技術(shù)（可獨立控制有功/無功）、建設(shè)海上換流站（減少陸地端設(shè)備壓力）。2.結(jié)合“雙碳”目標，分析風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢。答案：發(fā)展趨勢：①大功率化：單機容量向15MW以上邁進（降低單位千瓦成本），葉片長度超120m（提高掃風(fēng)面積）。②智能化：引入數(shù)字孿生技術(shù)（實時模擬機組狀態(tài)）、AI控制算法（預(yù)測性維護）、智能群