(2025年)风电电力基础知识题库及答案

(2025年)风电电力基础知识题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪项不是水平轴风电机组的核心部件？A.叶片B.塔架C.增速齿轮箱D.光伏逆变器答案：D（光伏逆变器属于光伏发电系统部件，风电核心部件包括叶片、塔架、齿轮箱、发电机等）2.风资源评估中，衡量风能质量的关键参数是？A.年平均气温B.空气湿度C.年平均风速D.降水频率答案：C（风能密度与风速三次方成正比，年平均风速是评估风资源的核心指标）3.现代大型风电机组叶片常用材料为？A.铸铁B.铝合金C.碳纤维增强复合材料D.普通钢材答案：C（碳纤维/玻璃纤维复合材料具备轻量化、高强度特性，适合大长度叶片设计）4.双馈感应发电机（DFIG）的转子侧通过哪种设备连接电网？A.变压器B.变流器C.电容器D.电抗器答案：B（双馈发电机转子通过背靠背变流器实现变速恒频控制，定子直接接入电网）5.风电机组齿轮箱的主要作用是？A.提升发电机转速B.降低叶片转速C.存储机械能D.调节无功功率答案：A（风轮转速通常为10-20rpm，需通过齿轮箱增速至发电机所需的1000-1500rpm）6.偏航系统的主要功能是？A.调节叶片桨距角B.跟踪风向变化C.控制发电机并网D.保护机组过载答案：B（偏航系统驱动机舱旋转，使风轮始终正对来风方向以最大化捕风效率）7.风电场中，变流器的主要作用是？A.将直流电能转换为交流电能B.稳定电网频率C.提升电压等级D.降低线路损耗答案：A（风电机组发电机输出的变频交流电需通过变流器转换为与电网同频同相的交流电）8.低电压穿越（LVRT）能力指风电机组在电网电压跌落时？A.立即脱网保护B.持续向电网提供无功支撑C.降低有功输出D.增加有功输出答案：B（LVRT要求机组在电压跌落期间不脱网，通过变流器调节向电网注入无功，支撑电压恢复）9.风电场功率预测的时间尺度通常不包括？A.超短期（0-4小时）B.短期（1-7天）C.中期（1个月）D.长期（1年以上）答案：D（功率预测主要服务于电网调度，长期预测对实时调度意义较小，故通常不纳入常规预测范围）10.海上风电相较于陆上风电的主要优势是？A.建设成本低B.运维更便捷C.风速更稳定且平均风速更高D.对生态影响更小答案：C（海上无地形遮挡，风切变低，平均风速比陆上高20%-40%，且湍流强度低，发电更稳定）二、判断题（每题1分，共10分，正确打√，错误打×）1.风切变是指同一高度不同时间的风速变化。（×）（风切变指同一时间不同高度的风速或风向变化）2.双馈感应发电机的定子和转子均与电网直接连接。（×）（定子直接连电网，转子通过变流器连接电网）3.风电机组的功率曲线是风速与有功功率的对应关系曲线。（√）4.叶片长度增加一倍，扫风面积增加两倍。（×）（扫风面积与叶片长度平方成正比，长度加倍则面积变为4倍）5.直驱式风电机组无需齿轮箱，通过多极同步发电机直接连接风轮。（√）6.偏航系统通常采用液压驱动或电机驱动。（√）7.变桨距控制仅在低风速时调节桨距角以捕获更多风能。（×）（变桨距在低风速时保持桨距角0°最大化捕风，高风速时调节桨距角限制功率）8.风电场必须配置无功补偿装置以满足电网对功率因数的要求。（√）（风电机组多为感性负载，需通过电容器或SVG等装置补偿无功，提高功率因数）9.低电压穿越能力仅适用于陆上风电，海上风电无需具备该能力。（×）（海上风电并网同样需满足电网稳定性要求，必须具备LVRT能力）10.风电场功率预测误差过大会影响电网调度的经济性和安全性。（√）三、简答题（每题5分，共50分）1.简述风力发电的能量转换过程。答：风能→机械能→电能。具体为：风推动叶片旋转（风能转机械能），叶片通过主轴带动齿轮箱增速，驱动发电机转子旋转（机械能传递），发电机切割磁感线产生交流电（机械能转电能），经变流器调整频率、电压后并入电网。2.双馈感应发电机（DFIG）的工作原理是什么？答：双馈发电机定子绕组直接接入电网，转子绕组通过背靠背变流器连接电网。当风轮转速变化时，转子侧变流器调节转子电流的频率、幅值和相位，使定子输出电压频率保持与电网频率一致（50Hz），实现变速恒频发电。转子仅需处理转差功率（通常为额定功率的20%-30%），降低了变流器容量和成本。3.变桨距控制相较于定桨距控制的主要优缺点是什么？答：优点：①高风速时通过调节桨距角限制功率，避免机组过载；②低风速时保持桨距角0°最大化捕风，提高发电效率；③可平滑输出功率，减少对电网的冲击。缺点：系统复杂（需变桨驱动、传感器、控制器），成本较高；维护难度大（需定期检查变桨轴承、伺服电机等部件）。4.风电场选址需考虑哪些关键因素？答：①风资源条件：年平均风速≥6m/s（陆上）或7m/s（海上），湍流强度≤18%（IECClassI）；②地形条件：避开强风切变、复杂山地（如峡谷易形成湍流）；③电网接入：靠近变电站，减少线路损耗；④环境影响：避开鸟类迁徙路径、自然保护区；⑤交通与施工：大型设备运输（如叶片长度超80m需宽体运输车）、施工场地平整性。5.齿轮箱在风电机组中的作用及常见故障有哪些？答：作用：将风轮的低转速（10-20rpm）提升至发电机所需的高转速（1000-1500rpm），匹配发电机工作要求。常见故障：①齿轮磨损（润滑不良或负载冲击导致）；②轴承损坏（疲劳点蚀、润滑不足）；③油液污染（金属碎屑混入导致磨粒磨损）；④箱体振动（不对中、齿轮啮合偏差引起）。6.低电压穿越（LVRT）技术的主要实现方式有哪些？答：①硬件层面：加装crowbar保护电路（转子侧变流器过流时短接转子绕组，保护变流器）；配置动态无功补偿装置（如SVG），快速注入无功支撑电压。②控制策略：电网电压跌落时，变流器切换至无功优先控制模式，减少有功输出以降低转子电流；通过桨距角调节快速降低风轮捕获的机械能，避免发电机过载。7.风电场中无功补偿装置的主要应用场景有哪些？答：①并网阶段：补偿发电机启动时的感性无功，提高功率因数；②正常运行时：抵消线路电感产生的无功损耗，维持母线电压稳定；③电网故障时（如电压跌落）：通过SVG等动态无功装置快速注入无功，支撑电网电压恢复；④轻载状态：风电机组输出功率低时，补偿线路容性无功（长距离电缆线路易产生容性无功），避免电压过高。8.风资源评估的主要步骤包括哪些？答：①数据采集：安装测风塔（高度≥轮毂高度，通常80-140m），测量10min平均风速、风向、温度、气压等参数，连续观测至少1年；②数据质量控制：剔除异常值（如传感器故障数据），补全缺失数据（通过相邻测风塔数据插值）；③风资源分析：计算年平均风速、Weibull分布参数（形状参数k、尺度参数c）、风能密度（W/m²）；④微观选址：利用CFD软件模拟风场流场，优化风机布局（间距通常为5-10倍叶轮直径，减少尾流影响）。9.海上风电与陆上风电的主要差异体现在哪些方面？答：①风资源：海上平均风速更高（7-12m/svs5-8m/s），湍流强度更低（≤12%vs≤18%）；②基础结构：海上需建设单桩、导管架、浮式基础（水深＞50m），陆上为钢筋混凝土基础；③运维成本：海上受海况限制（如台风、结冰），运维船/直升机费用高，年均运维成本是陆上的2-3倍；④并网方式：海上需建设海上升压站，通过海底电缆（高压交流/直流）输电，陆上直接通过架空线并网；⑤设备要求：海上机组需防盐雾腐蚀（表面涂层、密封设计），陆上机组侧重防沙尘。10.风电机组状态监测的常用方法有哪些？答：①振动监测：在齿轮箱、发电机轴承处安装加速度传感器，分析振动信号的频谱（如齿轮啮合频率、轴承特征频率），识别磨损或故障；②油液监测：定期取样分析齿轮箱油的金属颗粒含量（铁谱分析）、水分、粘度，判断内部磨损程度；③温度监测：通过红外测温或预埋温度传感器，监测发电机绕组、变流器IGBT模块的温度，预防过热故障；④功率曲线监测：对比实际功率与理论功率曲线，偏差过大时可能提示叶片污染、变桨系统故障；⑤SCADA系统监测：实时采集风速、转速、功率等参数，通过趋势分析预警异常（如转速波动大可能是主轴松动）。四、计算题（每题6分，共30分）1.已知某风电机组叶轮直径160m，空气密度1.225kg/m³，当风速为10m/s时，根据贝茨理论，计算该机组可捕获的最大风能功率。（贝茨极限为0.593）解：扫风面积A=π(D/2)²=3.14×(80)²=20096m²风功率P=0.5×ρ×A×v³=0.5×1.225×20096×10³=1.225×10048×1000=12,290,800W最大可捕获功率P_max=P×0.593=12,290,800×0.593≈7,290,000W（约7.29MW）2.某风电场年平均风速为8m/s，空气密度1.2kg/m³，风电机组叶轮直径140m，风能利用系数Cp=0.45，求该机组的额定有功功率（假设额定风速等于年平均风速）。解：扫风面积A=π×(70)²=15386m²额定功率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（约2.13MW）3.某风电机组额定功率3MW，年利用小时数2800h，求其年发电量。解：年发电量=额定功率×年利用小时数=3MW×2800h=8400MWh（840万度电）4.某风电机组叶片长度从50m增加至6