2025年风电基础模拟试题及答案

2025年风电基础模拟试题及答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.下列风电机组部件中，不属于传动系统核心组件的是：A.主轴B.齿轮箱C.发电机D.变流器答案：D2.依据贝茨理论，风力机从气流中提取的最大理论效率约为：A.35%B.59.3%C.72%D.85%答案：B3.现代兆瓦级风电机组塔筒常用材料为：A.铝合金B.钢筋混凝土C.Q345低合金高强度钢D.玻璃钢答案：C4.偏航系统的主要功能是：A.调节叶片桨距角B.保持叶轮正对风向C.控制发电机转速D.实现机组制动答案：B5.双馈风电机组变流器的主要作用是：A.将直流电能转换为恒频交流电能B.调节发电机转子电流频率C.提升电网电压稳定性D.降低齿轮箱负载答案：B6.风电机组功率曲线是指：A.输出功率与轮毂高度处风速的关系曲线B.叶片扭矩与转速的关系曲线C.发电机效率与负载的关系曲线D.塔筒振动加速度与风速的关系曲线答案：A7.齿轮箱常见故障中，由润滑不足导致的典型现象是：A.齿面点蚀B.轴承游隙过大C.油液金属颗粒超标D.箱体温度异常升高答案：D8.下列叶片材料中，综合性能最适合大型风电叶片的是：A.木质复合材B.玻璃纤维增强塑料（GFRP）C.碳纤维增强塑料（CFRP）D.铝合金答案：B（注：CFRP虽性能优但成本高，当前主流仍为GFRP）9.低电压穿越（LVRT）要求风电机组在并网点电压跌至额定值的20%时，需保持并网运行至少：A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：C10.风电场选址时，最关键的微观选址参数是：A.年平均气温B.主导风向频率C.湍流强度D.地质承载力答案：C11.下列传感器中，用于测量叶轮转速的是：A.风速仪B.编码器C.振动传感器D.温度传感器答案：B12.风电机组制动系统中，机械制动的优先触发条件是：A.变流器故障B.电网频率偏差C.转速超过切出值D.偏航角度偏差答案：C13.塔架固有频率设计时需避开的主要频率是：A.1P（叶轮旋转频率）B.3P（叶片通过频率）C.50Hz（电网频率）D.齿轮箱啮合频率答案：A（注：需避免1P与塔架一阶频率共振）14.下列不属于风电机组电气一次设备的是：A.箱式变压器B.变流器C.开关柜D.监控系统服务器答案：D15.叶片气动外形设计中，决定升阻比的关键参数是：A.弦长B.扭角C.叶尖速比D.翼型厚度答案：D16.风电场无功补偿装置的主要作用是：A.提高有功输出B.维持并网点电压稳定C.降低线路电阻损耗D.减少谐波污染答案：B17.下列运维项目中，属于定期维护（C级检修）的是：A.更换齿轮箱高速轴轴承B.清理变流器散热滤网C.叶片雷击损伤修复D.发电机定子绕组重绕答案：B18.风资源评估中，威布尔分布的两个关键参数是：A.形状参数k和尺度参数cB.平均风速和最大风速C.湍流强度和阵风因子D.空气密度和气压答案：A19.直驱式风电机组相比双馈机组的主要优势是：A.成本更低B.效率更高C.维护更简单D.体积更小答案：C（注：直驱无齿轮箱，减少传动链故障点）20.叶片结冰对机组运行的主要影响是：A.提高气动效率B.增加叶轮重量C.改变翼型气动特性D.降低塔架固有频率答案：C二、判断题（每题1分，共10分）1.风电机组扫风面积与叶轮直径的平方成正比。（）答案：√2.齿轮箱属于风电机组传动系统的核心部件。（）答案：√3.异步发电机运行时无需外部励磁。（）答案：×（需从电网吸收无功励磁）4.叶片表面粗糙会导致升力系数降低、阻力系数增加。（）答案：√5.无功补偿装置仅需在风电场满发时投入运行。（）答案：×（需动态补偿不同工况）6.偏航系统仅在机组启动时调整方向。（）答案：×（需实时跟踪风向变化）7.塔架高度越高，轮毂处平均风速越低。（）答案：×（风速随高度增加而增大，符合风切变规律）8.变桨距系统主要用于调节机组转速和功率。（）答案：√9.轮毂属于风电机组的旋转部件。（）答案：√10.风电场接入电网的电压等级仅由装机容量决定。（）答案：×（还需考虑电网结构、输送距离等）三、简答题（每题5分，共50分）1.简述贝茨理论的核心内容及其工程意义。答案：贝茨理论指出，风力机最多只能提取流经叶轮扫风面积气流总动能的59.3%（贝茨极限）。工程意义在于：①为风力机效率设计提供理论上限；②指导叶片气动优化，实际机组效率通常为35%-50%；③用于评估风资源可利用程度，避免过度设计。2.双馈异步发电机的工作原理是什么？其与普通异步发电机的主要区别？答案：工作原理：转子绕组通过变流器连接电网，当叶轮转速变化时，变流器调节转子电流频率，使定子输出恒频（50Hz）电能。区别：①双馈发电机转子侧经变流器并网，仅需处理转差功率（约20%-30%额定功率），变流器容量小；②可实现变速恒频运行，提高低风速时的能量捕获；③具备无功调节能力，支持电网电压稳定。3.变桨距系统的主要作用有哪些？常用的控制策略是什么？答案：作用：①调节叶片桨距角，控制叶轮吸收的风能，防止超转速和超功率；②启动时通过小桨距角快速升速；③停机时顺桨（桨距角90°）实现气动制动。控制策略：①低于额定风速时，保持桨距角0°（最佳攻角），最大化能量捕获；②高于额定风速时，根据功率反馈调节桨距角，维持输出功率恒定；③极端工况下快速顺桨，保障安全。4.齿轮箱在风电机组传动链中的作用是什么？列举3种常见故障及原因。答案：作用：将叶轮的低转速（约10-20rpm）通过增速传动转换为发电机所需的高转速（约1500rpm）。常见故障：①齿面磨损：润滑不足或油液污染；②轴承失效：轴向/径向载荷过大，或润滑脂老化；③箱体振动超标：齿轮啮合不良、轴不对中；④油液温度过高：冷却系统故障或负载异常。5.风电场为何需要无功补偿？常用的无功补偿装置有哪些？答案：原因：①风电机组（尤其是双馈机组）运行时需从电网吸收无功功率，影响并网点电压；②线路阻抗会导致无功损耗，造成电压跌落；③电网要求风电场具备一定的无功调节能力，支撑系统稳定。常用装置：①静止无功发生器（SVG）；②静止无功补偿器（SVC）；③并联电容器组（固定或自动投切）。6.低电压穿越（LVRT）对风电机组的具体要求有哪些？答案：①当并网点电压跌至额定值的20%时，机组需保持并网运行至少1.0s；②电压恢复期间（20%-100%），需持续并网；③穿越过程中需向电网提供无功支持（电压每降低1%，无功输出增加2%）；④故障清除后，需快速恢复有功输出，避免对电网造成二次冲击。7.叶片防雷系统通常由哪些部分组成？简述其工作原理。答案：组成：接闪器（叶尖金属接闪器）、引下线（叶片内部铜缆或碳纤层）、等电位连接（轮毂与叶片的导电连接）、接地系统（塔架接地网）。工作原理：雷击时，接闪器捕获雷电流，通过引下线将电流导入轮毂，经主轴、塔架最终泄入大地，避免叶片内部结构（如复合材料、传感器）被击穿。8.塔架振动的主要原因有哪些？可采取哪些抑制措施？答案：原因：①叶轮不平衡（叶片重量差异、积冰）引起的1P激励；②叶片气动载荷波动（湍流、风切变）引起的3P激励；③齿轮箱/发电机振动通过传动链传递；④塔架固有频率与激励频率接近（共振）。抑制措施：①定期做叶轮动平衡测试；②优化叶片气动设计，降低载荷波动；③在塔架上安装阻尼器（如调谐质量阻尼器TMD）；④设计时确保塔架一阶固有频率避开1P和3P频率。9.风资源评估的主要参数有哪些？常用的测量方法是什么？答案：主要参数：①平均风速（轮毂高度处）；②风速频率分布（威布尔参数k、c）；③湍流强度（反映风速波动程度）；④风切变指数（描述风速随高度变化）；⑤主导风向及频率。测量方法：①测风塔观测（10m、30m、50m、70m等高度安装风速仪、风向仪，连续观测1年以上）；②激光雷达测风（远程测量，弥补测风塔局限性）；③数值模拟（利用WAsP、WindSim等软件结合地形数据修正）。10.运维中对齿轮箱油液进行监测的主要指标有哪些？各指标的意义是什么？答案：主要指标：①油液清洁度（ISO4406等级）：反映颗粒污染物含量，超标易导致磨损；②粘度（40℃运动粘度）：粘度异常可能因油液老化或污染；③水分含量：超标会导致润滑性能下降，金属腐蚀；④酸值（总酸值TAN）：反映油液氧化程度，过高需更换；⑤金属磨粒分析（光谱/铁谱）：检测铜、铁、铬等元素含量，判断齿轮、轴承磨损状态。四、计算题（每题8分，共40分）1.某风电机组叶轮直径166m，轮毂高度处平均风速8.5m/s，空气密度1.225kg/m³。计算：（1）扫风面积；（2）理论可提取的风能功率（取贝茨系数0.45）。答案：（1）扫风面积S=π(D/2)²=3.14×(166/2)²≈21642.62m²（2）理论功率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.某双馈风电机组传动链参数：叶轮转速12rpm，齿轮箱高速轴与低速轴传动比85:1，发电机额定转速1500rpm。计算：（1）齿轮箱高速轴转速；（2）发电机转差率（转差率s=(n_s-n)/n_s，n_s为同步转速1500rpm）。答案：（1）高速轴转速n_h=12rpm×85=1020rpm（2）转差率s=(1500-1020)/1500=480/1500=0.32（注：双馈机组正常运行转差率范围通常为-0.3~+0.3，此例为超同步状态）3.某风电场年平均风速6.8m/s（轮毂高度），风电机组额定风速12m/s，额定功率3MW，功率曲线在6m/s时输出0.8MW，8m/s时输出1.8MW，10m/s时输出2.6MW。假设风速分布为：6m/s占20%，8m/s占35%，10m/s占25%，其他风速（低于6m/s或高于12m/s）占20%（输出功率0）。估算该机组年发电量。答案：年小时数=8760h各风速段发电量：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其他风速：0年发电量=1401.6+5518.8+5709=12629.4MWh≈12630MWh4.某风电机组并网点电压跌落至额定值的30%（即0.3pu），需提供无功支持。根据LVRT要求，电压每降低1%需输出2%额定无功电流。机组额定电流I_n=600A，计算此时应输出的无功电流。答案：电压跌落量=1-0.3=0.7pu=70%无功电流增量=70%×2×I_n=140%×I_n=1.4×600=840A（注：实际中需考虑变流器容量限制，此处假设容量足够）5.某叶片翼型在叶尖速比λ=8时，升力系数C_l=1.2，阻力系数C_d=0.015，叶尖线速度v_t=60m/s，空气密度1.225kg/m³，叶片弦长c=1.5m。计算该翼型段的气