(2025年)風(fēng)電電力基礎(chǔ)知識題庫及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項(xiàng)不是水平軸風(fēng)電機(jī)組的核心部件？A.葉片B.塔架C.增速齒輪箱D.光伏逆變器答案：D（光伏逆變器屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)部件，風(fēng)電核心部件包括葉片、塔架、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等）2.風(fēng)資源評估中，衡量風(fēng)能質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)是？A.年平均氣溫B.空氣濕度C.年平均風(fēng)速D.降水頻率答案：C（風(fēng)能密度與風(fēng)速三次方成正比，年平均風(fēng)速是評估風(fēng)資源的核心指標(biāo)）3.現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組葉片常用材料為？A.鑄鐵B.鋁合金C.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料D.普通鋼材答案：C（碳纖維/玻璃纖維復(fù)合材料具備輕量化、高強(qiáng)度特性，適合大長度葉片設(shè)計(jì)）4.雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）的轉(zhuǎn)子側(cè)通過哪種設(shè)備連接電網(wǎng)？A.變壓器B.變流器C.電容器D.電抗器答案：B（雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過背靠背變流器實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，定子直接接入電網(wǎng)）5.風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的主要作用是？A.提升發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速B.降低葉片轉(zhuǎn)速C.存儲機(jī)械能D.調(diào)節(jié)無功功率答案：A（風(fēng)輪轉(zhuǎn)速通常為10-20rpm，需通過齒輪箱增速至發(fā)電機(jī)所需的1000-1500rpm）6.偏航系統(tǒng)的主要功能是？A.調(diào)節(jié)葉片槳距角B.跟蹤風(fēng)向變化C.控制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)D.保護(hù)機(jī)組過載答案：B（偏航系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)艙旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪始終正對來風(fēng)方向以最大化捕風(fēng)效率）7.風(fēng)電場中，變流器的主要作用是？A.將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能B.穩(wěn)定電網(wǎng)頻率C.提升電壓等級D.降低線路損耗答案：A（風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)輸出的變頻交流電需通過變流器轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻同相的交流電）8.低電壓穿越（LVRT）能力指風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)？A.立即脫網(wǎng)保護(hù)B.持續(xù)向電網(wǎng)提供無功支撐C.降低有功輸出D.增加有功輸出答案：B（LVRT要求機(jī)組在電壓跌落期間不脫網(wǎng)，通過變流器調(diào)節(jié)向電網(wǎng)注入無功，支撐電壓恢復(fù)）9.風(fēng)電場功率預(yù)測的時(shí)間尺度通常不包括？A.超短期（0-4小時(shí)）B.短期（1-7天）C.中期（1個(gè)月）D.長期（1年以上）答案：D（功率預(yù)測主要服務(wù)于電網(wǎng)調(diào)度，長期預(yù)測對實(shí)時(shí)調(diào)度意義較小，故通常不納入常規(guī)預(yù)測范圍）10.海上風(fēng)電相較于陸上風(fēng)電的主要優(yōu)勢是？A.建設(shè)成本低B.運(yùn)維更便捷C.風(fēng)速更穩(wěn)定且平均風(fēng)速更高D.對生態(tài)影響更小答案：C（海上無地形遮擋，風(fēng)切變低，平均風(fēng)速比陸上高20%-40%，且湍流強(qiáng)度低，發(fā)電更穩(wěn)定）二、判斷題（每題1分，共10分，正確打√，錯(cuò)誤打×）1.風(fēng)切變是指同一高度不同時(shí)間的風(fēng)速變化。（×）（風(fēng)切變指同一時(shí)間不同高度的風(fēng)速或風(fēng)向變化）2.雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均與電網(wǎng)直接連接。（×）（定子直接連電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過變流器連接電網(wǎng)）3.風(fēng)電機(jī)組的功率曲線是風(fēng)速與有功功率的對應(yīng)關(guān)系曲線。（√）4.葉片長度增加一倍，掃風(fēng)面積增加兩倍。（×）（掃風(fēng)面積與葉片長度平方成正比，長度加倍則面積變?yōu)?倍）5.直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組無需齒輪箱，通過多極同步發(fā)電機(jī)直接連接風(fēng)輪。（√）6.偏航系統(tǒng)通常采用液壓驅(qū)動或電機(jī)驅(qū)動。（√）7.變槳距控制僅在低風(fēng)速時(shí)調(diào)節(jié)槳距角以捕獲更多風(fēng)能。（×）（變槳距在低風(fēng)速時(shí)保持槳距角0°最大化捕風(fēng)，高風(fēng)速時(shí)調(diào)節(jié)槳距角限制功率）8.風(fēng)電場必須配置無功補(bǔ)償裝置以滿足電網(wǎng)對功率因數(shù)的要求。（√）（風(fēng)電機(jī)組多為感性負(fù)載，需通過電容器或SVG等裝置補(bǔ)償無功，提高功率因數(shù)）9.低電壓穿越能力僅適用于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電無需具備該能力。（×）（海上風(fēng)電并網(wǎng)同樣需滿足電網(wǎng)穩(wěn)定性要求，必須具備LVRT能力）10.風(fēng)電場功率預(yù)測誤差過大會影響電網(wǎng)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和安全性。（√）三、簡答題（每題5分，共50分）1.簡述風(fēng)力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程。答：風(fēng)能→機(jī)械能→電能。具體為：風(fēng)推動葉片旋轉(zhuǎn)（風(fēng)能轉(zhuǎn)機(jī)械能），葉片通過主軸帶動齒輪箱增速，驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（機(jī)械能傳遞），發(fā)電機(jī)切割磁感線產(chǎn)生交流電（機(jī)械能轉(zhuǎn)電能），經(jīng)變流器調(diào)整頻率、電壓后并入電網(wǎng)。2.雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）的工作原理是什么？答：雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組通過背靠背變流器連接電網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值和相位，使定子輸出電壓頻率保持與電網(wǎng)頻率一致（50Hz），實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。轉(zhuǎn)子僅需處理轉(zhuǎn)差功率（通常為額定功率的20%-30%），降低了變流器容量和成本。3.變槳距控制相較于定槳距控制的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：優(yōu)點(diǎn)：①高風(fēng)速時(shí)通過調(diào)節(jié)槳距角限制功率，避免機(jī)組過載；②低風(fēng)速時(shí)保持槳距角0°最大化捕風(fēng)，提高發(fā)電效率；③可平滑輸出功率，減少對電網(wǎng)的沖擊。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜（需變槳驅(qū)動、傳感器、控制器），成本較高；維護(hù)難度大（需定期檢查變槳軸承、伺服電機(jī)等部件）。4.風(fēng)電場選址需考慮哪些關(guān)鍵因素？答：①風(fēng)資源條件：年平均風(fēng)速≥6m/s（陸上）或7m/s（海上），湍流強(qiáng)度≤18%（IECClassI）；②地形條件：避開強(qiáng)風(fēng)切變、復(fù)雜山地（如峽谷易形成湍流）；③電網(wǎng)接入：靠近變電站，減少線路損耗；④環(huán)境影響：避開鳥類遷徙路徑、自然保護(hù)區(qū)；⑤交通與施工：大型設(shè)備運(yùn)輸（如葉片長度超80m需寬體運(yùn)輸車）、施工場地平整性。5.齒輪箱在風(fēng)電機(jī)組中的作用及常見故障有哪些？答：作用：將風(fēng)輪的低轉(zhuǎn)速（10-20rpm）提升至發(fā)電機(jī)所需的高轉(zhuǎn)速（1000-1500rpm），匹配發(fā)電機(jī)工作要求。常見故障：①齒輪磨損（潤滑不良或負(fù)載沖擊導(dǎo)致）；②軸承損壞（疲勞點(diǎn)蝕、潤滑不足）；③油液污染（金屬碎屑混入導(dǎo)致磨粒磨損）；④箱體振動（不對中、齒輪嚙合偏差引起）。6.低電壓穿越（LVRT）技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)方式有哪些？答：①硬件層面：加裝crowbar保護(hù)電路（轉(zhuǎn)子側(cè)變流器過流時(shí)短接轉(zhuǎn)子繞組，保護(hù)變流器）；配置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置（如SVG），快速注入無功支撐電壓。②控制策略：電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，變流器切換至無功優(yōu)先控制模式，減少有功輸出以降低轉(zhuǎn)子電流；通過槳距角調(diào)節(jié)快速降低風(fēng)輪捕獲的機(jī)械能，避免發(fā)電機(jī)過載。7.風(fēng)電場中無功補(bǔ)償裝置的主要應(yīng)用場景有哪些？答：①并網(wǎng)階段：補(bǔ)償發(fā)電機(jī)啟動時(shí)的感性無功，提高功率因數(shù)；②正常運(yùn)行時(shí)：抵消線路電感產(chǎn)生的無功損耗，維持母線電壓穩(wěn)定；③電網(wǎng)故障時(shí)（如電壓跌落）：通過SVG等動態(tài)無功裝置快速注入無功，支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)；④輕載狀態(tài)：風(fēng)電機(jī)組輸出功率低時(shí)，補(bǔ)償線路容性無功（長距離電纜線路易產(chǎn)生容性無功），避免電壓過高。8.風(fēng)資源評估的主要步驟包括哪些？答：①數(shù)據(jù)采集：安裝測風(fēng)塔（高度≥輪轂高度，通常80-140m），測量10min平均風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓等參數(shù)，連續(xù)觀測至少1年；②數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：剔除異常值（如傳感器故障數(shù)據(jù)），補(bǔ)全缺失數(shù)據(jù)（通過相鄰測風(fēng)塔數(shù)據(jù)插值）；③風(fēng)資源分析：計(jì)算年平均風(fēng)速、Weibull分布參數(shù)（形狀參數(shù)k、尺度參數(shù)c）、風(fēng)能密度（W/m2）；④微觀選址：利用CFD軟件模擬風(fēng)場流場，優(yōu)化風(fēng)機(jī)布局（間距通常為5-10倍葉輪直徑，減少尾流影響）。9.海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電的主要差異體現(xiàn)在哪些方面？答：①風(fēng)資源：海上平均風(fēng)速更高（7-12m/svs5-8m/s），湍流強(qiáng)度更低（≤12%vs≤18%）；②基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：海上需建設(shè)單樁、導(dǎo)管架、浮式基礎(chǔ)（水深＞50m），陸上為鋼筋混凝土基礎(chǔ)；③運(yùn)維成本：海上受海況限制（如臺風(fēng)、結(jié)冰），運(yùn)維船/直升機(jī)費(fèi)用高，年均運(yùn)維成本是陸上的2-3倍；④并網(wǎng)方式：海上需建設(shè)海上升壓站，通過海底電纜（高壓交流/直流）輸電，陸上直接通過架空線并網(wǎng)；⑤設(shè)備要求：海上機(jī)組需防鹽霧腐蝕（表面涂層、密封設(shè)計(jì)），陸上機(jī)組側(cè)重防沙塵。10.風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測的常用方法有哪些？答：①振動監(jiān)測：在齒輪箱、發(fā)電機(jī)軸承處安裝加速度傳感器，分析振動信號的頻譜（如齒輪嚙合頻率、軸承特征頻率），識別磨損或故障；②油液監(jiān)測：定期取樣分析齒輪箱油的金屬顆粒含量（鐵譜分析）、水分、粘度，判斷內(nèi)部磨損程度；③溫度監(jiān)測：通過紅外測溫或預(yù)埋溫度傳感器，監(jiān)測發(fā)電機(jī)繞組、變流器IGBT模塊的溫度，預(yù)防過熱故障；④功率曲線監(jiān)測：對比實(shí)際功率與理論功率曲線，偏差過大時(shí)可能提示葉片污染、變槳系統(tǒng)故障；⑤SCADA系統(tǒng)監(jiān)測：實(shí)時(shí)采集風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)，通過趨勢分析預(yù)警異常（如轉(zhuǎn)速波動大可能是主軸松動）。四、計(jì)算題（每題6分，共30分）1.已知某風(fēng)電機(jī)組葉輪直徑160m，空氣密度1.225kg/m3，當(dāng)風(fēng)速為10m/s時(shí)，根據(jù)貝茨理論，計(jì)算該機(jī)組可捕獲的最大風(fēng)能功率。（貝茨極限為0.593）解：掃風(fēng)面積A=π(D/2)2=3.14×(80)2=20096m2風(fēng)功率P=0.5×ρ×A×v3=0.5×1.225×20096×103=1.225×10048×1000=12,290,800W最大可捕獲功率P_max=P×0.593=12,290,800×0.593≈7,290,000W（約7.29MW）2.某風(fēng)電場年平均風(fēng)速為8m/s，空氣密度1.2kg/m3，風(fēng)電機(jī)組葉輪直徑140m，風(fēng)能利用系數(shù)Cp=0.45，求該機(jī)組的額定有功功率（假設(shè)額定風(fēng)速等于年平均風(fēng)速）。解：掃風(fēng)面積A=π×(70)2=15386m2額定功率P=0.5×ρ×A×v3×Cp=0.5×1.2×15386×83×0.45=0.6×15386×512×0.45=0.6×15386×230.4=0.6×3,544,780.8≈2,126,868W（約2.13MW）3.某風(fēng)電機(jī)組額定功率3MW，年利用小時(shí)數(shù)2800h，求其年發(fā)電量。解：年發(fā)電量=額定功率×年利用小時(shí)數(shù)=3MW×2800h=8400MWh（840萬度電）4.某風(fēng)電機(jī)組葉片長度從50m增加至6