2025年大学第四学年（风能与动力工程）风力发电系统设计综合测试试题及答案

2025年大学第四学年（风能与动力工程）风力发电系统设计综合测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.以下哪种风力发电机组的叶片设计能够在低风速下更高效地捕获风能？A.长而窄的叶片B.短而宽的叶片C.中等长度和宽度的叶片D.叶片形状对低风速捕获风能影响不大2.风力发电系统中的齿轮箱主要作用是？A.增加发电机转速B.降低发电机转速C.改变风向D.稳定电压3.风力发电机组的偏航系统是为了？A.调整叶片角度B.使机舱对准风向C.控制发电机功率D.保护叶片免受雷击4.以下哪种材料常用于风力发电机叶片的制造？A.铝合金B.碳纤维复合材料C.不锈钢D.铸铁5.风力发电系统的功率调节方式中，哪种方式效率较高且应用广泛？A.定桨距调节B.变桨距调节C.主动失速调节D.被动失速调节6.风电场选址时，不需要重点考虑的因素是？A.平均风速B.地形地貌C.当地人口密度D.风向稳定性7.风力发电机的发电机类型通常为？A.直流发电机B.同步发电机C.异步发电机D.磁阻发电机8.风力发电系统中的制动系统主要作用是？A.在紧急情况下快速停止机组运行B.调节发电机功率C.控制叶片转速D.稳定电网频率9.以下关于风力发电系统的维护，说法错误的是？A.定期检查叶片表面磨损情况B.无需关注齿轮箱油位C.检查发电机绕组绝缘D.清理机舱内灰尘10.随着风力发电机组单机容量的增大，以下说法正确的是？A.发电效率降低B.单位千瓦成本降低C.对电网稳定性影响减小D.维护成本不变第II卷（非选择题共70分）11.（10分）简述风力发电系统的主要组成部分及其功能。12.（15分）分析变桨距风力发电机组相对于定桨距风力发电机组的优势。13.（15分）在设计风力发电系统时，如何考虑风电场的布局以提高发电效率？14.材料：某风电场计划安装一批风力发电机组，已知该地区平均风速为8m/s，风电场面积为10平方公里。经评估，该风电场理论上可开发的风能功率为50MW。但实际安装的风力发电机组在运行一段时间后，发现发电功率远低于预期。问题：请分析可能导致发电功率低于预期的原因，并提出相应的解决措施。（20分）15.材料：近年来，随着全球对清洁能源的需求不断增加，风力发电作为一种可持续的能源解决方案得到了快速发展。然而，风力发电系统在实际运行中也面临着一些挑战，如叶片疲劳、齿轮箱故障等。某风力发电企业为了提高其发电系统的可靠性和效率，决定对现有系统进行升级改造。问题：请你根据上述材料，结合所学知识，为该企业制定一份风力发电系统升级改造方案。（20分）答案：1.A2.A3.B4.B5.B6.C7.C8.A9.B10.B11.风力发电系统主要由风力发电机组、齿轮箱、发电机、偏航系统、变桨系统、制动系统、控制系统等组成。风力发电机组捕获风能并将其转化为机械能；齿轮箱增加发电机转速；发电机将机械能转化为电能；偏航系统使机舱对准风向；变桨系统调节叶片角度以控制功率；制动系统在紧急情况或停机时使机组停止运行；控制系统协调各部分工作，实现最佳发电效率。12.变桨距风力发电机组优势明显。定桨距机组叶片角度固定，在不同风速下不能灵活调整，变桨距机组可根据风速实时调整叶片角度，能更好地适应风速变化，在低风速时增加叶片扫风面积，高风速时限制风能吸收，提高发电效率和安全性，减少叶片疲劳，提升机组整体性能。13.设计风电场布局时，要考虑风向和风速分布。合理排列风机，避免相互遮挡。根据地形地貌优化布局，如在山口、山顶等风资源好的地方优先布置。考虑风机间距，既要保证足够间距减少尾流影响，又要充分利用场地空间。还可采用分组布局，便于维护管理，提高发电效率。14.原因可能有：风机选型不合理，未适配该地区风况；叶片表面有污垢或损坏影响风能捕获；齿轮箱等传动部件故障降低传动效率；控制系统故障导致功率调节不准确。解决措施：重新评估选型合适风机；定期清理维护叶片；检查维修传动部件；检修调试控制系统。15.对于叶片疲劳问题，可采用先进材料制造叶片，优化叶片设计减轻载荷。对齿轮箱故障