【2025年】《风力发电原理》基础技能及理论知识考试题库与答案

【2025年】《风力发电原理》基础技能及理论知识考试题库与答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.大气中形成风的根本原因是：A.地球自转B.太阳辐射不均C.海陆热力差异D.地形起伏答案：B2.风力机捕获风能的理论最大效率（贝茨极限）为：A.49.3%B.59.3%C.69.3%D.79.3%答案：B3.水平轴风力机风轮的叶尖速比λ定义为：A.叶尖线速度与风速的比值B.风速与叶尖线速度的比值C.风轮转速与风速的比值D.风速与风轮转速的比值答案：A4.下列哪种风轮叶片材料在现代大型风机中应用最广泛？A.木材B.铝合金C.玻璃纤维增强复合材料（GFRP）D.碳纤维增强复合材料（CFRP）答案：C5.风力机的偏航系统主要功能是：A.调节叶片桨距角B.使风轮对准来流方向C.控制发电机转速D.吸收阵风冲击能量答案：B6.双馈感应发电机（DFIG）的定子绕组直接连接电网，转子绕组通过（）与电网连接：A.全功率变流器B.部分功率变流器C.变压器D.电容器答案：B7.当风速低于切入风速（一般3-4m/s）时，风力机的状态是：A.正常发电B.空转待机C.停机保护D.主动偏航答案：C8.衡量风电场风能资源的关键参数不包括：A.年平均风速B.风速频率分布C.空气湿度D.湍流强度答案：C9.风力机的功率曲线是指（）与风速的关系曲线：A.风轮吸收功率B.发电机输出功率C.桨距角D.偏航角度答案：B10.下列哪种风况对风力机运行危害最大？A.稳定的12m/s风速B.5m/s的低风速C.30m/s的瞬时阵风D.8m/s的均匀风答案：C11.叶素动量理论（BEM）中，“叶素”指的是：A.叶片的整体气动特性B.叶片沿展向的微小分段C.轮毂与叶片的连接部件D.风轮的空气动力中心答案：B12.直驱式风力发电机（无齿轮箱）的主要优势是：A.成本更低B.维护更简单C.转速更高D.体积更小答案：B13.风力机的塔架类型中，适用于海上风电的主流结构是：A.钢锥筒塔架B.桁架式塔架C.混凝土塔架D.浮式基础塔架答案：D14.风电场并网时，需要满足的关键电能质量指标不包括：A.电压偏差B.频率波动C.谐波含量D.空气含沙量答案：D15.变桨距控制的核心目的是：A.提高低风速时的效率B.限制高风速时的功率C.减少叶片重量D.降低启动风速答案：B16.风力机的气动噪声主要来源于：A.发电机电磁噪声B.齿轮箱机械噪声C.叶片与空气的相互作用D.塔架振动噪声答案：C17.空气密度ρ对风力机功率的影响为：A.功率与ρ成正比B.功率与ρ的平方成正比C.功率与ρ的立方成正比D.功率与ρ无关答案：A18.下列哪种发电机更适合用于低风速风力机？A.鼠笼式感应发电机（SCIG）B.双馈感应发电机（DFIG）C.永磁同步发电机（PMSG）D.绕线式感应发电机（WRSG）答案：C19.风力机的切入风速、额定风速、切出风速的关系通常为：A.切入风速＜额定风速＜切出风速B.额定风速＜切入风速＜切出风速C.切入风速＜切出风速＜额定风速D.切出风速＜切入风速＜额定风速答案：A20.风电场的尾流效应指的是：A.前排风机对后排风机的风速削弱现象B.风机叶片尾部的气流分离C.塔架对风轮的气动干扰D.夜间逆温层导致的风速变化答案：A二、判断题（每题1分，共15分）1.风的能量与风速的平方成正比。（×）（正确：风的能量与风速的立方成正比）2.贝茨极限是风力机转换风能的理论上限，实际效率通常为30%-50%。（√）3.水平轴风力机的风轮旋转平面与风向垂直，垂直轴风力机则平行。（×）（正确：垂直轴风力机旋转平面与风向平行）4.齿轮箱的作用是将风轮的高转速转换为发电机的低转速。（×）（正确：风轮转速低，齿轮箱将其升速至发电机所需的高转速）5.变桨距风力机在低风速时通常保持桨距角为0°（顺桨位置）。（×）（正确：低风速时桨距角接近0°以捕获更多风能，高风速时增大桨距角限制功率）6.直驱式发电机由于没有齿轮箱，因此体积和重量更大。（√）7.湍流强度越大，风力机承受的动态载荷越小。（×）（正确：湍流强度大，载荷波动大，对结构更不利）8.风力机的功率曲线在额定风速前随风速增加而上升，超过额定风速后保持额定功率。（√）9.双馈发电机的转子电流频率可以通过变流器调节，因此能实现变速恒频发电。（√）10.海上风电的空气密度比陆地低，因此相同风速下发电功率更低。（×）（正确：海上空气湿度大，但密度与温度、气压相关，通常海上气压稳定，实际功率受风速影响更大）11.叶尖速比λ过大时，叶片会产生严重的气流分离，效率下降。（√）12.风电场的无功补偿装置主要用于提高有功功率输出。（×）（正确：无功补偿用于改善功率因数，提高电压稳定性）13.风力机的塔架越高，所获平均风速越低。（×）（正确：塔架越高，受地面摩擦影响越小，平均风速越高）14.结冰会增加叶片重量并改变气动外形，可能导致风力机出力下降甚至停机。（√）15.微电网中的风力发电机可以独立运行，无需与大电网同步。（√）三、简答题（每题5分，共30分）1.简述风力机将风能转换为电能的基本过程。答：风能通过风轮叶片捕获，将空气动能转换为风轮的旋转机械能；风轮通过主轴传递扭矩至齿轮箱（或直驱结构），经升速后驱动发电机；发电机将机械能转换为电能，通过变流器（或变压器）调整电压、频率后并入电网或直接使用。2.说明叶尖速比λ对风力机效率的影响规律。答：叶尖速比λ=叶尖线速度/风速。存在最优λ值（通常4-8），此时叶片气动效率最高（升阻比最大）。λ过小，叶片相对气流攻角过大，易失速；λ过大，叶片旋转过快，诱导速度增加，能量捕获效率下降。实际运行中需通过变速控制保持λ接近最优值以提高效率。3.比较定桨距风力机与变桨距风力机的优缺点。答：定桨距风力机：叶片角度固定，结构简单、成本低；但高风速时通过失速特性限制功率，效率较低，载荷波动大，对材料强度要求高。变桨距风力机：通过调节桨距角主动控制功率，高风速时效率更高，载荷更平稳；但需变桨执行机构和控制系统，成本及维护复杂度增加。4.解释双馈感应发电机（DFIG）实现变速恒频发电的原理。答：DFIG定子直接并网（50Hz），转子通过变流器连接电网。当风轮转速变化时，转子电流频率f_r=(n_s-n_r)×p/60（n_s为同步转速，n_r为转子转速，p为极对数）。变流器通过控制转子电流的频率、幅值和相位，使定子输出频率保持50Hz，从而实现变速恒频发电。5.风电场选址时需重点考虑哪些风资源参数？答：（1）年平均风速：直接影响发电量；（2）风速频率分布：Weibull分布参数c（尺度参数）和k（形状参数），k越大风速越集中；（3）湍流强度：影响机组疲劳载荷；（4）主导风向：决定风机排列方向；（5）极端风速（如50年一遇最大风速）：影响结构设计安全；（6）风切变指数：描述风速随高度变化的规律，影响塔架高度选择。6.简述风力机的主要载荷类型及其来源。答：（1）气动载荷：叶片承受的升力、阻力，由空气流动与叶片相互作用产生；（2）重力载荷：叶片、轮毂等部件的自身重量；（3）惯性载荷：风轮加/减速时的动态载荷；（4）机械载荷：齿轮箱、轴承等传动部件的接触应力；（5）环境载荷：结冰、雷击、温度变化引起的附加载荷。四、计算题（每题5分，共15分）1.某水平轴风力机风轮直径D=120m，空气密度ρ=1.225kg/m³，当风速v=10m/s时，假设风能利用系数C_p=0.4（达到贝茨极限的67%），求风轮捕获的气动功率P_a。（提示：P_a=0.5×ρ×π×(D/2)²×v³×C_p）解：风轮扫风面积A=π×(D/2)²=π×(60)²≈11309.73m²P_a=0.5×1.225×11309.73×10³×0.4≈0.5×1.225×11309.73×1000×0.4≈0.5×1.225×4523892≈0.5×5541767.7≈2770883.85W≈2771kW答：风轮捕获的气动功率约为2771kW。2.某风力机风轮转速n=12r/min，叶片长度R=50m，求叶尖速比λ（假设风速v=8m/s）。（提示：叶尖线速度u=2πRn/60）解：叶尖线速度u=2×π×50×12/60=2×π×50×0.2=20π≈62.83m/s叶尖速比λ=u/v=62.83/8≈7.85答：叶尖速比约为7.85。3.已知某风机的额定功率P_r=3MW，额定风速v_r=12m/s，假