2025年風電專業(yè)的考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20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.偏航軸承答案：D2.空氣密度對風電機組輸出功率的影響符合（）A.功率與空氣密度成正比B.功率與空氣密度平方成正比C.功率與空氣密度立方成正比D.功率與空氣密度無關(guān)答案：A3.某15MW海上風電機組設(shè)計切入風速為3m/s，切出風速為25m/s，其在額定風速（12m/s）下的葉輪掃風面積為5000㎡，此時空氣密度為1.225kg/m3，理論最大輸出功率約為（）（注：貝茨極限取0.593）A.12.5MWB.14.8MWC.16.2MWD.18.3MW答案：B（計算：P=0.5×ρ×A×v3×C_p，C_p取0.593，代入得P≈0.5×1.225×5000×123×0.593≈14.8MW）4.雙饋感應(yīng)發(fā)電機（DFIG）的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器主要作用是（）A.穩(wěn)定直流母線電壓B.控制轉(zhuǎn)子電流頻率以實現(xiàn)變速恒頻C.提升電網(wǎng)電壓D.降低發(fā)電機溫升答案：B5.風電場低電壓穿越（LVRT）能力要求中，當并網(wǎng)點電壓跌至20%額定電壓時，機組需保持并網(wǎng)的最短時間為（）A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：C（依據(jù)2024年新版《風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》）6.葉片防雷系統(tǒng)的接閃器通常布置在（）A.葉根B.葉中C.葉尖D.葉背中部答案：C7.下列不屬于風電機組狀態(tài)監(jiān)測（CMS）常用傳感器的是（）A.加速度傳感器B.溫度傳感器C.振動傳感器D.光照傳感器答案：D8.海上風電場基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，適用于水深20-50m的主流形式是（）A.單樁基礎(chǔ)B.導(dǎo)管架基礎(chǔ)C.重力式基礎(chǔ)D.浮式基礎(chǔ)答案：B（單樁適用水深<30m，導(dǎo)管架適用20-50m，浮式適用>50m）9.風電機組齒輪箱油液監(jiān)測中，鐵譜分析主要用于檢測（）A.水分含量B.顆粒污染物成分C.油液粘度D.添加劑損耗答案：B10.某風電場年等效滿負荷小時數(shù)為3200h，裝機容量100MW，其年發(fā)電量為（）A.3200萬kWhB.3.2億kWhC.32億kWhD.0.32億kWh答案：B（計算：100MW×3200h=320000MWh=3.2億kWh）二、填空題（每空1分，共20分）1.風電機組的功率曲線是反映________與________關(guān)系的特性曲線。答案：風速；輸出功率2.葉片氣動設(shè)計中，常用的翼型升阻比是指________與________的比值。答案：升力系數(shù)；阻力系數(shù)3.直驅(qū)式風電機組通過________直接連接葉輪與發(fā)電機，省去了________部件。答案：主軸；齒輪箱4.風電場無功補償裝置的主要作用是維持________穩(wěn)定，常見設(shè)備包括________和靜止無功發(fā)生器（SVG）。答案：電壓；電容器組5.風機偏航系統(tǒng)的主要功能是使________始終對準________方向。答案：葉輪；來風6.海上風電運維中，運維船的最大作業(yè)波高通常限制為________m，超過此值需暫停登塔作業(yè)。答案：1.57.風電機組的SCADA系統(tǒng)全稱是________，其核心功能是________和________。答案：監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；實時監(jiān)測；遠程控制8.齒輪箱常見故障模式包括齒面磨損、________、________和軸承失效。答案：齒輪斷裂；點蝕9.雷電防護系統(tǒng)（LPS）的組成包括接閃器、________和________。答案：引下線；接地裝置10.2025年新版《風電場并網(wǎng)性能要求》中，要求機組一次調(diào)頻響應(yīng)時間不超過________ms，調(diào)頻死區(qū)不大于________%額定頻率。答案：200；0.05三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述雙饋風電機組與直驅(qū)風電機組在電氣系統(tǒng)上的主要差異。答案：雙饋機組采用雙饋感應(yīng)發(fā)電機（DFIG），轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)連接（僅處理轉(zhuǎn)差功率，變流器容量約為額定功率的25%-30%）；定子直接并網(wǎng)。直驅(qū)機組采用永磁同步發(fā)電機（PMSG），發(fā)電機轉(zhuǎn)速低、極對數(shù)多，需全功率變流器（容量等于額定功率）實現(xiàn)變速恒頻并網(wǎng)。雙饋系統(tǒng)變流器成本低但控制復(fù)雜，直驅(qū)系統(tǒng)效率高但變流器成本高。2.解釋葉尖速比（λ）的定義，并說明其對風電機組效率的影響。答案：葉尖速比λ=葉輪葉尖線速度/來流風速=（π×D×n）/(60×v)（D為葉輪直徑，n為轉(zhuǎn)速，v為風速）。當λ處于最佳值（通常4-8）時，葉片翼型的升阻比最大，風能利用系數(shù)C_p達到最大值（接近貝茨極限0.593）；λ過小會導(dǎo)致葉片攻角過大，產(chǎn)生失速，C_p下降；λ過大會增加葉片離心力和阻力，同樣降低效率。3.分析齒輪箱油溫過高的可能原因及排查方法。答案：可能原因：①潤滑油不足或老化（粘度降低，散熱能力下降）；②冷卻系統(tǒng)故障（冷卻器堵塞、風扇失效、循環(huán)泵故障）；③齒輪或軸承磨損（摩擦生熱增加）；④負載過高（長期超額定功率運行）。排查方法：檢查油位和油質(zhì)（取樣檢測粘度、水分、金屬顆粒）；測試冷卻系統(tǒng)流量和溫差（進/出口油溫差應(yīng)≤15℃）；通過振動傳感器分析齒輪/軸承頻譜（是否存在異常頻率分量）；核對機組功率曲線（是否頻繁超發(fā)）。4.說明變流器在風電機組并網(wǎng)中的核心作用。答案：①實現(xiàn)變速恒頻：通過控制變流器輸出電壓的頻率和相位，使發(fā)電機在變轉(zhuǎn)速下輸出50Hz電能；②功率調(diào)節(jié)：通過控制有功/無功電流，實現(xiàn)風電場有功功率跟蹤和無功支撐；③故障穿越：低電壓穿越（LVRT）時，變流器通過限流、無功注入維持電網(wǎng)電壓；高電壓穿越（HVRT）時限制過電流；④保護功能：檢測過壓、過流、短路等故障，快速切斷并觸發(fā)保護動作。5.簡述風電場功率預(yù)測的意義及主要方法。答案：意義：①滿足電網(wǎng)調(diào)度要求（提升新能源消納能力，減少棄風）；②優(yōu)化運維計劃（根據(jù)預(yù)測功率安排檢修）；③參與電力市場交易（提高競價準確性）。方法：①物理法：基于數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）數(shù)據(jù)，結(jié)合風電機組功率曲線、地形修正模型計算預(yù)測功率；②統(tǒng)計法：利用歷史功率、風速、溫度等數(shù)據(jù)，通過機器學習（如隨機森林、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）建立預(yù)測模型；③混合法：結(jié)合物理法和統(tǒng)計法，提升復(fù)雜地形/氣候條件下的預(yù)測精度。四、計算題（每題10分，共30分）1.某陸上8MW風電機組，葉輪直徑180m，年平均風速8.5m/s（Weibull分布參數(shù)k=2，c=9.5m/s），空氣密度1.2kg/m3，風能利用系數(shù)C_p取0.45，機械效率η_m=0.95，發(fā)電效率η_g=0.98，計算該機組年理論發(fā)電量（注：Weibull分布的平均風能密度公式：W=0.5×ρ×c3×Γ(1+3/k)，Γ(2.5)=1.329）。答案：①計算年平均風能密度：W=0.5×1.2×9.53×1.329≈0.5×1.2×857.375×1.329≈682.4W/m2②葉輪掃風面積A=π×(180/2)2≈25446.9m2③年平均輸入功率P_in=W×A≈682.4×25446.9≈17.37MW④年理論發(fā)電量E=P_in×η_m×η_g×C_p×8760h≈17.37×0.95×0.98×0.45×8760≈17.37×0.418×8760≈17.37×3662≈63600MWh（約6.36億kWh）2.某雙饋風電機組齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速為12r/min（葉輪轉(zhuǎn)速），輸出轉(zhuǎn)速為1800r/min（發(fā)電機轉(zhuǎn)速），求齒輪箱的傳動比；若齒輪箱效率為97%，發(fā)電機額定功率為5MW，計算齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩（保留兩位小數(shù)）。答案：①傳動比i=輸出轉(zhuǎn)速/輸入轉(zhuǎn)速=1800/12=150②發(fā)電機輸入功率P_g=5MW/0.97≈5.1546MW（齒輪箱輸出功率=發(fā)電機輸入功率）③齒輪箱輸出轉(zhuǎn)矩T_out=P_g×60/(2π×n_out)=5.1546×10^6×60/(2×3.14×1800)≈(3.0928×10^8)/(11309.7)≈27342.5N·m④齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩T_in=T_out×i=27342.5×150≈4,101,375N·m≈4101.38kN·m3.某海上風電場擬安裝10臺12MW機組，功率因數(shù)要求0.95（超前），并網(wǎng)點電壓110kV，計算風電場需配置的無功補償容量（保留一位小數(shù)）。答案：①單臺機組額定視在功率S=P/cosφ=12MW/0.95≈12.6316MVA②單臺機組無功功率Q=√(S2-P2)=√(12.63162-122)=√(159.55-144)=√15.55≈3.943Mvar（超前）③10臺機組總無功需求Q_total=10×3.943≈39.43Mvar④考慮20%裕量，補償容量Q_comp=39.43×1.2≈47.3Mvar（取47.3Mvar）五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某風電場投運后發(fā)現(xiàn)部分機組發(fā)電量低于設(shè)計值，試從設(shè)備、環(huán)境、運維三個方面分析可能原因，并提出改進措施。答案：設(shè)備原因：①葉片污染（積灰、結(jié)冰）導(dǎo)致氣動性能下降；②變流器效率降低（元件老化）；③發(fā)電機繞組絕緣損耗增加（發(fā)熱導(dǎo)致效率下降）。環(huán)境原因：①測風塔位置與機組實際位置存在地形遮擋（如山脈、樹林），導(dǎo)致風速測量偏差；②近地面湍流強度過高（超過設(shè)計值），增加機組機械損耗；③空氣密度低于設(shè)計值（高海拔地區(qū)）。運維原因：①功率曲線未及時校準（未根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)修正）；②偏航系統(tǒng)對風誤差大（傳感器故障或校準失效）；③齒輪箱油質(zhì)惡化（未定期更換導(dǎo)致傳動效率下降）。改進措施：①定期清洗葉片（安裝自動除冰裝置）；②對變流器進行效率測試，更換老化元件；③校核測風數(shù)據(jù)（利用機組SCADA風速與測風塔數(shù)據(jù)對比）；④優(yōu)化偏航控制邏輯（增加激光雷達測風輔助對風）；⑤建立油液狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（按顆粒度、水分含量制定換油周期）。2.分析大規(guī)模海上風電集群接入對電網(wǎng)的影響，并提出應(yīng)對策略。答案：影響：①功率波動大（海風間歇性強），可能引起電網(wǎng)頻率波動；②遠距離輸電（海纜電容效應(yīng)）導(dǎo)致線路充電無功大，電壓控制難度增加；③多臺機組同時低電壓