风电发电测试题及答案

风电发电测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20题）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.空气密度每增加10%，理论上风机可捕获的风能将增加约（）A.5%B.10%C.15%D.20%答案：B（风能公式P=0.5ρAV³，ρ与P成正比）3.某风电场年平均风速为8m/s，若将轮毂高度从80m提升至100m，根据1/7幂律，新的平均风速约为（）A.8.2m/sB.8.5m/sC.8.8m/sD.9.1m/s答案：A（风速切变公式v2=v1(h2/h1)^(1/7)，计算得8(100/80)^0.142≈8.2）4.双馈异步发电机的转子侧变流器主要作用是（）A.稳定直流母线电压B.调节转子电流频率C.实现能量双向流动D.滤除电网谐波答案：B（双馈发电机通过转子侧变流器调节转子电流频率，实现变速恒频）5.变桨距控制系统在额定风速以上时的主要控制目标是（）A.最大化风能捕获B.限制机组功率C.降低叶片载荷D.提高发电效率答案：B（额定风速以上时，通过变桨限制叶轮吸收功率，保护机组）6.齿轮箱油液监测中，铁谱分析主要用于检测（）A.水分含量B.颗粒污染度C.金属磨损颗粒D.添加剂消耗答案：C（铁谱技术通过分析油中金属颗粒的形态和成分判断磨损类型）7.风电机组低电压穿越（LVRT）能力要求中，当并网点电压跌至20%额定值时，机组需保持并网运行的最短时间为（）A.0.1sB.0.5sC.1.0sD.2.0s答案：C（根据GB/T19963-2021，电压跌至20%时需保持并网至少1s）8.下列风电场无功补偿装置中，动态响应速度最快的是（）A.静止无功补偿器（SVC）B.静止无功发生器（SVG）C.并联电容器组D.串联电抗器答案：B（SVG采用全控型电力电子器件，响应时间可达毫秒级）9.叶片结冰对风电机组的主要影响不包括（）A.气动性能下降B.重量分布改变C.发电机效率提升D.振动载荷增加答案：C（结冰会导致叶片粗糙，升阻比下降，发电效率降低）10.风电场电能质量指标中，闪变限值通常针对（）A.电压波动频率B.谐波畸变率C.三相不平衡度D.有功功率变化率答案：A（闪变主要由电压快速波动引起，与频率相关）11.某1.5MW风电机组的切入风速为3m/s，切出风速为25m/s，其功率曲线在12m/s时达到额定功率。当风速为15m/s时，机组实际输出功率应为（）A.1.5MWB.1.2MWC.1.0MWD.0.8MW答案：A（额定风速以上时，变桨系统限制功率至额定值）12.主轴轴承通常采用的润滑方式是（）A.脂润滑B.油浴润滑C.循环油润滑D.喷雾润滑答案：C（主轴轴承载荷大，需循环油润滑散热和带走磨损颗粒）13.风电机组防雷系统中，叶片接闪器的引下线应与（）可靠连接A.轮毂B.机舱框架C.塔架D.接地网答案：D（最终需接入接地网实现雷电泄放）14.下列故障中，属于变流器过流保护动作原因的是（）A.电网电压骤升B.发电机转子短路C.变桨电池欠压D.偏航电机过载答案：B（转子短路会导致变流器输出电流异常增大）15.风资源评估中，威布尔分布的形状参数k值越大，说明（）A.风速分布越集中B.平均风速越高C.湍流强度越大D.风切变越明显答案：A（k值反映风速分布的集中程度，k越大，分布越接近正态）16.齿轮箱高速轴的转速范围通常为（）A.10-50r/minB.50-100r/minC.1000-1800r/minD.3000-3600r/min答案：C（双馈发电机转速约1500r/min，齿轮箱增速比通常为1:100左右）17.风电机组振动监测中，加速度传感器主要用于检测（）A.低频振动（<10Hz）B.中频振动（10-1000Hz）C.高频振动（>1000Hz）D.所有频率振动答案：B（加速度传感器适合测量中等频率振动，速度传感器测低频，位移传感器测超低频）18.光伏-风电互补发电系统的主要优势是（）A.提高土地利用率B.平滑出力波动C.降低设备成本D.简化并网流程答案：B（风电夜间出力高，光伏白天出力高，互补可减少整体波动）19.海上风电机组基础结构中，适用于水深20-50m的是（）A.单桩基础B.导管架基础C.重力式基础D.浮式基础答案：B（单桩适用于<30m，导管架适用于20-50m，浮式适用于>50m）20.风电场功率预测系统的输入参数不包括（）A.数值天气预报B.机组健康状态C.电网负荷需求D.历史发电数据答案：C（功率预测基于气象和机组状态，电网负荷属于调度端参数）二、判断题（每题1分，共15题）1.风电机组的年利用小时数等于年发电量除以额定功率。（）答案：√（年利用小时数=年发电量/额定容量）2.湍流强度增大时，风电机组的疲劳载荷会降低。（）答案：×（湍流导致风速随机波动，增加疲劳载荷）3.直驱式风电机组取消了齿轮箱，因此发电机转速更低。（）答案：√（直驱发电机极对数多，转速约10-20r/min）4.叶片锥角的设计是为了减少叶尖与塔架的碰撞风险。（）答案：√（锥角使叶片向前倾斜，增大叶尖与塔架距离）5.风电场并网点的功率因数应始终保持为1。（）答案：×（根据电网要求，可适当调节无功，并非必须为1）6.齿轮箱油的粘度随温度升高而增大。（）答案：×（温度升高，油液粘度降低）7.变流器的IGBT模块损坏后，可直接更换同型号器件无需参数调整。（）答案：×（需重新校准驱动参数和保护阈值）8.风电机组的偏航系统在正常运行时应始终对准来风方向。（）答案：×（为降低偏航损耗，部分机型采用预测性偏航策略，允许小角度偏差）9.雷电过电压会导致机组控制系统的PLC程序丢失。（）答案：√（瞬态过电压可能损坏存储芯片，导致程序丢失）10.海上风电的无功需求通常比陆上更大，因为海底电缆电容效应更强。（）答案：√（海底电缆长度大，电容电流显著，需更多无功补偿）11.风资源评估中，测风塔的高度应至少等于拟安装机组的轮毂高度。（）答案：√（确保风速数据代表性）12.双馈发电机的定子直接连接电网，转子通过变流器连接电网。（）答案：√（双馈机组定子侧直接并网，转子侧通过背靠背变流器连接）13.叶片表面的防腐蚀涂层只需在海上机组使用，陆上机组无需考虑。（）答案：×（陆上沙尘环境也会导致叶片磨损，需防护涂层）14.风电场的有功控制指令主要通过调节变桨角度或发电机转矩实现。（）答案：√（额定风速以下调转矩，以上调桨距）15.智能运维系统通过大数据分析可以提前3-6个月预测主轴承故障。（）答案：√（基于振动、油液等多参数趋势分析可实现早期预警）三、简答题（每题5分，共10题）1.简述风电机组功率曲线的定义及主要影响因素。答案：功率曲线是反映机组输出功率与轮毂高度处风速关系的特性曲线。主要影响因素包括：空气密度（海拔、温度、湿度）、湍流强度、风切变、叶片污染/结冰、机组控制策略（如变桨/变流器参数）、电网电压稳定性等。2.双馈异步发电机与永磁同步发电机在并网特性上的主要区别。答案：双馈发电机定子直接并网，转子通过小容量变流器（约25%额定功率）调节，对电网频率敏感，低电压穿越时需额外控制；永磁同步发电机需全功率变流器（100%额定功率）并网，可实现独立的有功/无功控制，对电网适应性更强，但变流器成本更高。3.变桨距控制系统的三种主要失效模式及对应的保护措施。答案：失效模式：①变桨驱动故障（电机/伺服阀失效）→后备液压/储能电池驱动紧急顺桨；②传感器故障（编码器/限位开关异常）→冗余传感器设计+软件逻辑校验；③通信中断（PLC与变桨控制器失联）→硬接线急停信号触发机械锁止。4.齿轮箱油液监测的主要参数及各参数的意义。答案：主要参数：①粘度（反映油液润滑性能，过高/过低均影响油膜形成）；②水分（>200ppm会导致油液乳化，降低润滑性）；③颗粒污染度（ISO4406等级，反映磨损程度，等级过高需过滤）；④金属元素含量（铁/铜等含量异常升高提示齿轮/轴承磨损）；⑤酸值（反映油液氧化程度，过高需更换）。5.风电场低电压穿越（LVRT）的核心要求及实现方式。答案：核心要求：电网电压跌落时，机组不脱网，向电网提供无功支持，电压恢复后快速恢复有功输出。实现方式：①变流器控制策略优化（增加crowbar保护电路限制转子过流）；②无功补偿装置（SVG）动态支撑电压；③发电机电磁转矩控制（抑制暂态电流）；④桨距角快速调节（减少叶轮输入功率）。6.叶片气动性能测试的主要方法及评价指标。答案：测试方法：①风洞试验（缩比模型，测量升力/阻力系数）；②现场实测（安装压力传感器，获取表面压力分布）；③数值模拟（CFD计算流场特性）。评价指标：升阻比（Cl/Cd，越大气动效率越高）、失速特性（失速风速及功率变化率）、力矩系数（影响轴承载荷）。7.风电机组振动超标常见原因及排查流程。答案：常见原因：①机械不平衡（叶片质量/气动不平衡）；②轴承故障（滚道/滚动体损伤）；③齿轮箱故障（齿面磨损/断齿）；④基础沉降（塔架倾斜导致不对中）；⑤电气问题（发电机转子偏心）。排查流程：①确认振动传感器状态；②分析振动频谱（识别特征频率，如1P/3P/齿轮啮合频率）；③检查叶片螺栓力矩/表面状态；④检测齿轮箱油液及轴承温度；⑤测量塔架垂直度及基础沉降。8.海上风电场与陆上风电场在运维方面的主要差异。答案：①可达性：海上受海况限制，运维窗口期短，需专用船舶/直升机；②设备防护：海上盐雾腐蚀严重，需加强防腐（如涂层、密封）；③故障响应：海上备件运输时间长，需冗余库存；④监测技术：更多依赖远程监测（如SCADA+无人机巡检）；⑤安全要求：海上作业需遵守海事安全规范，配备救生设备。9.风电场有功功率控制（AGC）的实现逻辑及典型控制模式。答案：实现逻辑：接收调度指令，通过风电场中央控制器（WPC）分配各机组目标功率，机组通过变桨（额定风速以上）或转矩控制（额定风速以下）调节出力。典型模式：①恒功率模式（按指令保持固定有功）；②爬坡率限制模式（限制有功变化速率）；③备用模式（预留部分容量响应调度紧急需求）。10.老旧风电机组技术改造的主要方向及效益分析。答案：改造方向：①控制系统升级（更换PLC/变流器，提升控制精度）；②叶片优化（加装翼尖小翼/表面涂层，提高气动效率）；③齿轮箱改造（更换高速级齿轮，降低故障率）；④发电机改造（双馈改永磁，提高效率）；⑤塔筒增高（提升轮毂高度，捕获更高风速）。效益：年发电量提升10-20%，故障停机时间减少30-50%，延长机组寿命5-10年，投资回收期约3-5年。四、计算题（每题8分，共5题）1.某风电场位于海拔1000m处（空气密度ρ=1.08kg/m³），安装3台2.5MW风电机组，轮毂高度80m，叶轮直径120m。若年平均风速为7.5m/s（威布尔分布k=2，c=8m/s），计算该风电场的年理论发电量（注：风能利用系数Cp取0.48，机组效率η=0.92）。答案：①单台机组扫风面积A=π(D/2)²=3.14(60)²=11304m²②单台机组理论功率P=0.5ρAV³Cpη=0.51.08113047.5³0.480.92≈0.51.0811304421.8750.4416≈0.51.0811304186.4≈0.51.082,107,000≈1,137,000W≈1.137MW③威布尔分布年平均风速对应的等效满发小时数：威布尔分布的平均风能密度与V³成正比，年等效小时数=8760∫(0→∞)(0.5ρAV³Cpη)(k/c)(v/c)^(k-1)e^(-(v/c)^k)dv。因k=2，c=8，V=7.5≈c(Γ(1+1/k))=8Γ(1.5)=80.886≈7.09，实际V=7.5略高于此，简化计算取年利用小时数=8760(7.5/8)^3≈87600.669≈5860h（注：更精确需积分，此处简化）④年理论发电量=32.5MW5860h=43,950MWh（注：实际应使用功率曲线积分，此处为简化计算）2.某双馈风电机组齿轮箱的高速轴转速为1500r/min，低速轴转速为15r/min，发电机额定功率为2MW，功率因数0.95（滞后）。计算：（1）齿轮箱的传动比；（2）发电机额定视在功率；（3）额定无功功率。答案：（1）传动比i=高速轴转速/低速轴转速=1500/15=100:1（2）视在功率S=P/功率因数=2MW/0.95≈2.105MVA（3）无功功率Q=√(S²-P²)=√(2.105²-2²)=√(4.431-4)=√0.431≈0.657Mvar3.某风电场并网点电压为35kV，母线短路容量为500MVA，风电场总装机容量为49.5MW（功率因数0.98）。计算：（1）风电场额定电流；（2）短路比（SCR）；（3）若要求短路比≥3，需至少增加多少短路容量？答案：（1）额定电流I=P/(√3Ucosφ)=49.5MW/(√335kV0.98)=49500/(1.732350.98)=49500/59.3≈835A（2）短路比SCR=短路容量/风电场容量=500/49.5≈10.1（注：通常SCR定义为系统短路容量与风电场容量之比，此处正确）（3）若SCR≥3，需短路容量≥349.5=148.5MVA，原短路容量已满足，无需增加（可能题目数据有误，若原SCR=1.5，则需增加至148.5-原容量）4.某风电机组变流器直流母线电压为1100V，额定输出电流为600A（有效值），开关频率为2kHz。计算：（1）变流器额定容量；（2）直流母线电容的最小容量（假设允许电压波动±5%，能量转换时间0.01s）。答案：（1）额定容量S=√3UI=√3690V（线电压，380V机组的线电压约690V？注：若为35kV并网则不同，此处假设为机端变流器，输出电压690V）600A≈1.732690600≈715kVA（或直接直流侧容量=UdcIdc=1100V600A1.414/√3≈11006000.816≈540kVA，需明确拓扑）（2）能量波动ΔE=0.5C(Umax²-Umin²)=PΔt，P=Scosφ≈715kW（假设cosφ=1），Δt=0.01s，Umax=11001.05=1155V，Umin=11000.95=1045VΔE=7150000.01=7150JC=2ΔE/(Umax²-Umin²)=27150/(1155²-1045²)=14300/(1334025-1092025)=14300/242000≈0.059F=59mF5.某风电机组在低电压穿越过程中，电网电压跌落至30%额定值，持续0.8s。机组需在电压恢复后3s内将有功功率从0恢复至额定功率的90%。若额定功率为2MW，计算有功恢复的平均速率（单位：MW/s）。答案：恢复功率ΔP=2MW0.9=1.8MW恢复时间t=3s平均速率=1.8MW/3s=0.6MW/s五、综合分析题（每题10分，共3题）1.某风电场多台机组出现“变流器直流母线过压”故障，分析可能原因及排查处理流程。答案：可能原因：①电网电压骤升（导致回馈能量增加）；②发电机超速（叶轮输入功率大于变流器输出功率，直流侧能量累积）；③制动电阻故障（无法消耗多余能量）；④变流器IGBT模块损坏（能量无法正常输出）；⑤控制参数错误（电压环PI参数不合适，调节滞后）；⑥直流母线电容老化（容值下降，电压波动敏感）。排查流程：①检查SCADA记录，确认故障时电网电压/频率波动情况；②测试制动电阻阻值及接触器动作状态；③用示波器测量直流母线电压波形，观察过压上升速率；④检查变流器IGBT的驱动信号及导通压降；⑤核对控制参数（如电压环比例增益、限幅阈值）；⑥测量直流电容容值（应≥标称值的80%）；⑦验证发电机转速与功率的匹配性（额定风速以上时桨距角是否正常调节）。处理措施：①若电网波动频繁，增加SVG动态无功补偿；②更换损坏的制动电阻或接触器；③重新校准IGBT驱动参数；④更新控制程序（优化电压环调节逻辑）；⑤更换老化电容；⑥检查变桨系统（确保额定风速以上时有效限制叶轮功率）。2.设计一个海上风电机组的年度维护方案，需包含关键部件的检查项目、技术标准及注意事项。答案：维护周期：每年一次，选择海况较好的春秋季。关键部件及检查项目：（1）叶片：①表面检查（裂纹、涂层脱落，使用无人机+人工攀爬，缺陷长度>50mm需修补）；②接闪器电阻（≤5Ω，用兆欧表测量）；③叶根螺栓力矩（按厂家要求，偏差≤±5%）。（2）齿轮箱：①油液分析（粘度46±5cSt，水分<200ppm，铁含量<50ppm）；②振动监测（1倍频≤0.15g，齿轮啮合频率幅值无异常增长）；③油位检查（油标中线，不足时补充同型号油）。（3）发电机：①定子绕组绝缘（≥100MΩ，1000V兆欧表）；②转子滑环磨损（沟深≤1mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm）；③轴承温度（运行时≤80℃，