2025年風電基礎模擬試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共40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：D2.依據(jù)貝茨理論，風力機從氣流中提取的最大理論效率約為：A.35%B.59.3%C.72%D.85%答案：B3.現(xiàn)代兆瓦級風電機組塔筒常用材料為：A.鋁合金B(yǎng).鋼筋混凝土C.Q345低合金高強度鋼D.玻璃鋼答案：C4.偏航系統(tǒng)的主要功能是：A.調節(jié)葉片槳距角B.保持葉輪正對風向C.控制發(fā)電機轉速D.實現(xiàn)機組制動答案：B5.雙饋風電機組變流器的主要作用是：A.將直流電能轉換為恒頻交流電能B.調節(jié)發(fā)電機轉子電流頻率C.提升電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性D.降低齒輪箱負載答案：B6.風電機組功率曲線是指：A.輸出功率與輪轂高度處風速的關系曲線B.葉片扭矩與轉速的關系曲線C.發(fā)電機效率與負載的關系曲線D.塔筒振動加速度與風速的關系曲線答案：A7.齒輪箱常見故障中，由潤滑不足導致的典型現(xiàn)象是：A.齒面點蝕B.軸承游隙過大C.油液金屬顆粒超標D.箱體溫度異常升高答案：D8.下列葉片材料中，綜合性能最適合大型風電葉片的是：A.木質復合材B.玻璃纖維增強塑料（GFRP）C.碳纖維增強塑料（CFRP）D.鋁合金答案：B（注：CFRP雖性能優(yōu)但成本高，當前主流仍為GFRP）9.低電壓穿越（LVRT）要求風電機組在并網(wǎng)點電壓跌至額定值的20%時，需保持并網(wǎng)運行至少：A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：C10.風電場選址時，最關鍵的微觀選址參數(shù)是：A.年平均氣溫B.主導風向頻率C.湍流強度D.地質承載力答案：C11.下列傳感器中，用于測量葉輪轉速的是：A.風速儀B.編碼器C.振動傳感器D.溫度傳感器答案：B12.風電機組制動系統(tǒng)中，機械制動的優(yōu)先觸發(fā)條件是：A.變流器故障B.電網(wǎng)頻率偏差C.轉速超過切出值D.偏航角度偏差答案：C13.塔架固有頻率設計時需避開的主要頻率是：A.1P（葉輪旋轉頻率）B.3P（葉片通過頻率）C.50Hz（電網(wǎng)頻率）D.齒輪箱嚙合頻率答案：A（注：需避免1P與塔架一階頻率共振）14.下列不屬于風電機組電氣一次設備的是：A.箱式變壓器B.變流器C.開關柜D.監(jiān)控系統(tǒng)服務器答案：D15.葉片氣動外形設計中，決定升阻比的關鍵參數(shù)是：A.弦長B.扭角C.葉尖速比D.翼型厚度答案：D16.風電場無功補償裝置的主要作用是：A.提高有功輸出B.維持并網(wǎng)點電壓穩(wěn)定C.降低線路電阻損耗D.減少諧波污染答案：B17.下列運維項目中，屬于定期維護（C級檢修）的是：A.更換齒輪箱高速軸軸承B.清理變流器散熱濾網(wǎng)C.葉片雷擊損傷修復D.發(fā)電機定子繞組重繞答案：B18.風資源評估中，威布爾分布的兩個關鍵參數(shù)是：A.形狀參數(shù)k和尺度參數(shù)cB.平均風速和最大風速C.湍流強度和陣風因子D.空氣密度和氣壓答案：A19.直驅式風電機組相比雙饋機組的主要優(yōu)勢是：A.成本更低B.效率更高C.維護更簡單D.體積更小答案：C（注：直驅無齒輪箱，減少傳動鏈故障點）20.葉片結冰對機組運行的主要影響是：A.提高氣動效率B.增加葉輪重量C.改變翼型氣動特性D.降低塔架固有頻率答案：C二、判斷題（每題1分，共10分）1.風電機組掃風面積與葉輪直徑的平方成正比。（）答案：√2.齒輪箱屬于風電機組傳動系統(tǒng)的核心部件。（）答案：√3.異步發(fā)電機運行時無需外部勵磁。（）答案：×（需從電網(wǎng)吸收無功勵磁）4.葉片表面粗糙會導致升力系數(shù)降低、阻力系數(shù)增加。（）答案：√5.無功補償裝置僅需在風電場滿發(fā)時投入運行。（）答案：×（需動態(tài)補償不同工況）6.偏航系統(tǒng)僅在機組啟動時調整方向。（）答案：×（需實時跟蹤風向變化）7.塔架高度越高，輪轂處平均風速越低。（）答案：×（風速隨高度增加而增大，符合風切變規(guī)律）8.變槳距系統(tǒng)主要用于調節(jié)機組轉速和功率。（）答案：√9.輪轂屬于風電機組的旋轉部件。（）答案：√10.風電場接入電網(wǎng)的電壓等級僅由裝機容量決定。（）答案：×（還需考慮電網(wǎng)結構、輸送距離等）三、簡答題（每題5分，共50分）1.簡述貝茨理論的核心內容及其工程意義。答案：貝茨理論指出，風力機最多只能提取流經(jīng)葉輪掃風面積氣流總動能的59.3%（貝茨極限）。工程意義在于：①為風力機效率設計提供理論上限；②指導葉片氣動優(yōu)化，實際機組效率通常為35%-50%；③用于評估風資源可利用程度，避免過度設計。2.雙饋異步發(fā)電機的工作原理是什么？其與普通異步發(fā)電機的主要區(qū)別？答案：工作原理：轉子繞組通過變流器連接電網(wǎng)，當葉輪轉速變化時，變流器調節(jié)轉子電流頻率，使定子輸出恒頻（50Hz）電能。區(qū)別：①雙饋發(fā)電機轉子側經(jīng)變流器并網(wǎng)，僅需處理轉差功率（約20%-30%額定功率），變流器容量??；②可實現(xiàn)變速恒頻運行，提高低風速時的能量捕獲；③具備無功調節(jié)能力，支持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。3.變槳距系統(tǒng)的主要作用有哪些？常用的控制策略是什么？答案：作用：①調節(jié)葉片槳距角，控制葉輪吸收的風能，防止超轉速和超功率；②啟動時通過小槳距角快速升速；③停機時順槳（槳距角90°）實現(xiàn)氣動制動?？刂撇呗裕孩俚陀陬~定風速時，保持槳距角0°（最佳攻角），最大化能量捕獲；②高于額定風速時，根據(jù)功率反饋調節(jié)槳距角，維持輸出功率恒定；③極端工況下快速順槳，保障安全。4.齒輪箱在風電機組傳動鏈中的作用是什么？列舉3種常見故障及原因。答案：作用：將葉輪的低轉速（約10-20rpm）通過增速傳動轉換為發(fā)電機所需的高轉速（約1500rpm）。常見故障：①齒面磨損：潤滑不足或油液污染；②軸承失效：軸向/徑向載荷過大，或潤滑脂老化；③箱體振動超標：齒輪嚙合不良、軸不對中；④油液溫度過高：冷卻系統(tǒng)故障或負載異常。5.風電場為何需要無功補償？常用的無功補償裝置有哪些？答案：原因：①風電機組（尤其是雙饋機組）運行時需從電網(wǎng)吸收無功功率，影響并網(wǎng)點電壓；②線路阻抗會導致無功損耗，造成電壓跌落；③電網(wǎng)要求風電場具備一定的無功調節(jié)能力，支撐系統(tǒng)穩(wěn)定。常用裝置：①靜止無功發(fā)生器（SVG）；②靜止無功補償器（SVC）；③并聯(lián)電容器組（固定或自動投切）。6.低電壓穿越（LVRT）對風電機組的具體要求有哪些？答案：①當并網(wǎng)點電壓跌至額定值的20%時，機組需保持并網(wǎng)運行至少1.0s；②電壓恢復期間（20%-100%），需持續(xù)并網(wǎng)；③穿越過程中需向電網(wǎng)提供無功支持（電壓每降低1%，無功輸出增加2%）；④故障清除后，需快速恢復有功輸出，避免對電網(wǎng)造成二次沖擊。7.葉片防雷系統(tǒng)通常由哪些部分組成？簡述其工作原理。答案：組成：接閃器（葉尖金屬接閃器）、引下線（葉片內部銅纜或碳纖層）、等電位連接（輪轂與葉片的導電連接）、接地系統(tǒng)（塔架接地網(wǎng)）。工作原理：雷擊時，接閃器捕獲雷電流，通過引下線將電流導入輪轂，經(jīng)主軸、塔架最終泄入大地，避免葉片內部結構（如復合材料、傳感器）被擊穿。8.塔架振動的主要原因有哪些？可采取哪些抑制措施？答案：原因：①葉輪不平衡（葉片重量差異、積冰）引起的1P激勵；②葉片氣動載荷波動（湍流、風切變）引起的3P激勵；③齒輪箱/發(fā)電機振動通過傳動鏈傳遞；④塔架固有頻率與激勵頻率接近（共振）。抑制措施：①定期做葉輪動平衡測試；②優(yōu)化葉片氣動設計，降低載荷波動；③在塔架上安裝阻尼器（如調諧質量阻尼器TMD）；④設計時確保塔架一階固有頻率避開1P和3P頻率。9.風資源評估的主要參數(shù)有哪些？常用的測量方法是什么？答案：主要參數(shù)：①平均風速（輪轂高度處）；②風速頻率分布（威布爾參數(shù)k、c）；③湍流強度（反映風速波動程度）；④風切變指數(shù)（描述風速隨高度變化）；⑤主導風向及頻率。測量方法：①測風塔觀測（10m、30m、50m、70m等高度安裝風速儀、風向儀，連續(xù)觀測1年以上）；②激光雷達測風（遠程測量，彌補測風塔局限性）；③數(shù)值模擬（利用WAsP、WindSim等軟件結合地形數(shù)據(jù)修正）。10.運維中對齒輪箱油液進行監(jiān)測的主要指標有哪些？各指標的意義是什么？答案：主要指標：①油液清潔度（ISO4406等級）：反映顆粒污染物含量，超標易導致磨損；②粘度（40℃運動粘度）：粘度異?？赡芤蛴鸵豪匣蛭廴?；③水分含量：超標會導致潤滑性能下降，金屬腐蝕；④酸值（總酸值TAN）：反映油液氧化程度，過高需更換；⑤金屬磨粒分析（光譜/鐵譜）：檢測銅、鐵、鉻等元素含量，判斷齒輪、軸承磨損狀態(tài)。四、計算題（每題8分，共40分）1.某風電機組葉輪直徑166m，輪轂高度處平均風速8.5m/s，空氣密度1.225kg/m3。計算：（1）掃風面積；（2）理論可提取的風能功率（取貝茨系數(shù)0.45）。答案：（1）掃風面積S=π(D/2)2=3.14×(166/2)2≈21642.62m2（2）理論功率P=0.5×ρ×S×v3×C_p=0.5×1.225×21642.62×8.53×0.45≈0.5×1.225×21642.62×614.125×0.45≈0.5×1.225×21642.62×276.356≈0.5×1.225×6000000≈3675000W≈3.68MW2.某雙饋風電機組傳動鏈參數(shù)：葉輪轉速12rpm，齒輪箱高速軸與低速軸傳動比85:1，發(fā)電機額定轉速1500rpm。計算：（1）齒輪箱高速軸轉速；（2）發(fā)電機轉差率（轉差率s=(n_s-n)/n_s，n_s為同步轉速1500rpm）。答案：（1）高速軸轉速n_h=12rpm×85=1020rpm（2）轉差率s=(1500-1020)/1500=480/1500=0.32（注：雙饋機組正常運行轉差率范圍通常為-0.3~+0.3，此例為超同步狀態(tài)）3.某風電場年平均風速6.8m/s（輪轂高度），風電機組額定風速12m/s，額定功率3MW，功率曲線在6m/s時輸出0.8MW，8m/s時輸出1.8MW，10m/s時輸出2.6MW。假設風速分布為：6m/s占20%，8m/s占35%，10m/s占25%，其他風速（低于6m/s或高于12m/s）占20%（輸出功率0）。估算該機組年發(fā)電量。答案：年小時數(shù)=8760h各風速段發(fā)電量：6m/s：0.8MW×8760×20%=0.8×8760×0.2=1401.6MWh8m/s：1.8MW×8760×35%=1.8×8760×0.35=5518.8MWh10m/s：2.6MW×8760×25%=2.6×8760×0.25=5709MWh其他風速：0年發(fā)電量=1401.6+5518.8+5709=12629.4MWh≈12630MWh4.某風電機組并網(wǎng)點電壓跌落至額定值的30%（即0.3pu），需提供無功支持。根據(jù)LVRT要求，電壓每降低1%需輸出2%額定無功電流。機組額定電流I_n=600A，計算此時應輸出的無功電流。答案：電壓跌落量=1-0.3=0.7pu=70%無功電流增量=70%×2×I_n=140%×I_n=1.4×600=840A（注：實際中需考慮變流器容量限制，此處假設容量足夠）5.某葉片翼型在葉尖速比λ=8時，升力系數(shù)C_l=1.2，阻力系數(shù)C_d=0.015，葉尖線速度v_t=60m/s，空氣密度1.225kg/m3，葉片弦長c=1.5m。計算該翼型段的氣