光伏测试题.docx

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光伏测试题

2011年高职技能大赛

光伏发电系统安装与调试赛项

测试赛任务书

2011年6月

选手须知：

1．任务书共13页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，进行任务书的更换。

2．参赛团队应在6小时内完成任务书规定内容。

选手在竞赛过程中根据任务书要求将各系统生成的运行记录或程序文件存储到任务书指定的D盘目录及文件夹下，未存储到指定位置的运行记录或程序文件均不予给分。

3．选手提交的试卷用工位号标识，不得写上姓名或与身份有关的信息，否则成绩无效。

4．选手认定器件有故障可提出更换，器件经测定完好属选手误判时每次扣2分。

5．比赛过程中由于人为原因造成器件损坏，该损坏的器件不予更换，终止比赛。

一、竞赛设备及工艺过程描述

竞赛设备以“KNT-SPV01光伏发电实训系统”为载体，由光源模拟跟踪装置、光源模拟跟踪控制系统、能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统组成，如图1所示。

（a）（b）（c）（d）（e）

图1光伏发电系统

（a）光源模拟跟踪装置

（b）光源模拟跟踪控制系统

（c）能量转换控制存储系统

（d）离网逆变负载系统

（e）监控系统

二、各系统工作任务

任务一：

光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统

1．器件安装

光源模拟跟踪装置安装

光源模拟跟踪装置由4块太阳能电池板组件、3盏300W投射灯、追日跟踪传感器、水平和俯仰运动机构和支架组成。

太阳能电池板组件的主要参数：

额定功率20W/块

额定电压17.2V/块

额定电流1.17A/块

开路电压21.4V/块

短路电流1.27A/块

将上述器件按图2所示的结构图安装。

图2光源模拟跟踪装置结构

2．布线与接线

光源模拟跟踪控制系统由母线单元、电源组件、GE可编程序控制器、按钮单元、继电器、12V开关电源和端子排等低压电器等组成，已安装在“光源模拟跟踪控制系统”网孔架内（接线排和走线槽已经安装好），如图3所示。

除了GE可编程序控制器的接线拆除外，其它器件的接线均完成。

（1）完成光源模拟跟踪装置各器件与光源模拟跟踪控制系统的接线。

接线要有合理的线标套管。

（2）完成GE可编程序控制器的布线和接线，接线要有合理的线标套管。

（a）（b）

图3光源模拟跟踪控制系统

（a）光源模拟跟踪控制系统框图

（b）光源模拟跟踪控制系统实物图

3．功能要求

（1）定义3盏投射灯分别为晨日、午日和晚日灯。

将手动/自动旋钮拨向手动，按下晨日、午日和晚日按钮其中的一个按钮，所定义的晨日、午日和晚日灯中相应的灯亮，太阳能电池板对该灯跟踪。

当太阳能电池板对灯进行跟踪时，按其它灯的控制按钮，相应的灯不亮。

（2）将手动/自动旋钮拨向手动，按下启动按钮、晨日按钮、午日按钮和晚日按钮时，晨日灯、午日灯和晚日灯都亮，太阳能电池板不跟踪。

（3）将手动/自动旋钮拨向自动，按下启动按钮，运行自动程序即晨日灯亮，太阳能电池板跟踪晨日灯；跟踪结束时晨日灯关、午日灯亮，太阳能电池板跟踪午日灯；太阳能电池板跟踪午日灯结束时，午日灯关、晚日灯亮，太阳能电池板跟踪晚日灯，跟踪结束时，晚日灯关，程序和跟踪运动结束（不需要循环）。

任务二：

能量转换控制存储系统

能量转换控制存储系统由母线单元、光伏输入直流单元、断路器、蓄电池直流单元、汇流箱、电源组件、可调电阻、直流电压采集模块、直流电流采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、通信模块、LCD人机对话模块、CPU模块、控制主电路模块、直流负载、蓄电池组、直流电压表、直流电流表等单元和模块组成。

上述器件已安装在“能量转换控制存储系统”网孔架内，如图3所示。

图3能量转换控制存储系统结构框图

能量转换控制存储系统除了直流电压采集模块、直流电流采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、通信模块、LCD人机对话模块、CPU模块、控制主电路模块外，其它器件均完成布线与接线。

1．布线与接线

完成直流电压采集模块、直流电流采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、通信模块、LCD人机对话模块、CPU模块、控制主电路模块的布线与接线。

接线要有合理的线标套管。

2.功能要求

（1）检查直流电压采集模块、直流电流采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、通信模块、LCD人机对话模块、CPU模块、控制主电路模块的接线，确保正确无误。

（2）通过LCD人机对话模块调整相关模块上的电位器，校准电压等模拟量采集数值。

（3）通过LCD人机对话模块设置蓄电池过放等保护参数。

（4）实现控制太阳能电池板对蓄电池充电的过程。

（5）完成与后台监控系统的通讯连接。

（6）通过GEPLC或监控系统将光源模拟跟踪装置的午日灯打开照射到太阳能电池方阵上，观察太阳能电池方阵的开路电压。

将光伏输入电流表读数和光伏输入电压表读数填入答题纸的表1中。

表1午日灯亮时的太阳能电池方阵的开路电压

光伏输入电流表读数（A）

光伏输入电压表读数（V）

午日灯亮

（7）测量午日灯时的太阳能电池方阵的输出特性。

调节“能量转换控制存储系统”上的可调线绕变阻器，记录对应的电压、电流值。

每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录不少于12组，采样间隔为10秒。

在答题纸图4所示的太阳能电池方阵输出特性曲线上绘制当前太阳能电池方阵输出特性曲线。

图4午日灯亮时的太阳能电池方阵的输出特性曲线

（8）通过GEPLC或监控系统将光源模拟跟踪装置的3盏投射灯打开照射到太阳能电池方阵上，观察太阳能电池方阵的开路电压。

将光伏输入电流表读数和光伏输入电压表读数填入答题纸的表2中。

表23盏灯亮时的太阳能电池方阵的开路电压

光伏输入电流表读数（A）

光伏输入电压表读数（V）

3盏灯亮

（9）测量3盏灯亮时的太阳能电池方阵的输出特性。

调节“能量转换控制存储系统”上的可调线绕变阻器，记录对应的电压、电流值。

每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录不少于12组，采样间隔为10秒。

在答题纸的图5所示的太阳能电池方阵输出特性曲线上绘制当前太阳能电池方阵输出特性曲线。

图53盏灯亮时的太阳能电池方阵输出特性曲线

（10）在计算机上完成由直流电压采集模块、直流电流采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、通信模块、LCD人机对话模块、CPU模块、控制主电路模块所组成的能量转换控制存储电气原理图（CAD软件有相应模块图）。

文件保存在D盘，文件名为“能量转换控制存储电气原理图”。

（11）3盏灯亮时，完成太阳能电池方阵输出对蓄电池组的充电。

将光伏输入电流表读数、光伏输入电压表读数、蓄电池输入电流表读数和蓄电池输入电压表读数分别填入答题纸的表3中。

表33盏灯亮时太阳能电池方阵输出对蓄电池组的充电

光伏输入电流表读数（A）

光伏输入电压表读数（V）

蓄电池输入电流表读数（A）

蓄电池输入电压表读数（V）

（12）调节KNWS-DV-01模块上R11电位器，观察LCD人机对话模块中的蓄电池充电参数，同时用示波器观察PWM波形。

分别截取太阳能电池方阵对蓄电池组直接充电的波形、太阳能电池方阵通过PWM充电方式对蓄电池组充电的波形、太阳能电池方阵不对蓄电池组充电的波形。

图形保存在U盘，分别取名为“直接充电”、“PWM充电”和“不充电”。

任务三：

离网逆变负载系统

离网逆变负载系统由母线单元、直流单元、断路器、交流单元、交流互感器、变压器单元、电源组件、直流电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、LCD人机对话模块、通信模块、CPU模块、逆变器主电路模块、频率采集模块、直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表、交流谐波表、交流负载和端子排等组成。

上述器件已安装在“离网逆变负载系统”网孔架内，如图5所示。

图5离网逆变负载系统结构框图

离网逆变负载系统除了直流电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、LCD人机对话模块、通信模块、CPU模块、逆变器主电路模块、频率采集模块外，其它器件均完成布线与接线。

1．布线与接线

完成直流电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、LCD人机对话模块、通信模块、CPU模块、逆变器主电路模块、频率采集模块的布线与接线。

接线要有合理的线标套管。

2．功能要求：

（1）通过LCD人机对话模块设置逆变器输出电压与频率相关参数。

（2）通过LCD人机对话模块设置逆变器的H桥的死区时间与PID积分参数信息。

（3）通过人机界面设置逆变器的通讯地址，完成与后台监控系统的通讯连接。

（4）通过示波器检测H桥IGBT管的SPWM波形，并截图保存在U盘中，取名为“SPWM波形”。

（5）在计算机上完成由直流电压采集模块、交流电压采集模块、交流电流采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、LCD人机对话模块、通信模块、CPU模块、逆变器主电路模块和频率采集模块所组成的逆变电气原理图（CAD软件有相应模块图）。

图形保存在D盘，文件名为“逆变电气原理图”。

（6）将LCD人机对话模块的逆变死区参数设为0.1，用双踪示波器测量逆变死区波形并截图（1个周期左右），图形保存在U盘，文件名为“参数为0.1的死区波形”。

用示波器测量逆变输出波形并截图（1个周期左右），图形保存在U盘，文件名为“参数为0.1的逆变输出波形”。

（7）将LCD人机对话模块的逆变死区参数设为1，用双踪示波器测量逆变死区波形并截图（1个周期左右），图形保存在U盘，文件名为“参数为1的死区波形”。

用示波器测量逆变输出波形并截图（1个周期左右），图形保存在U盘，文件名为“参数为1的逆变输出波形”。

（8）在答题纸的表4中填入逆变死区参数设为0.1和逆变死区参数设为1时的死区时间和谐波总量。

表4逆变死区时间和谐波总量

逆变死区时间μs

逆变谐波总量%

逆变死区参数设为0.1

逆变死区参数设为1

（9）检测现场提供的KNWS-SOC-26模块，在答题纸的表5故障分析中填写故障内容。

在计算机中绘制KNWS-SOC-26模块电路图。

文件保存在D盘，文件名为“KNWS-SOC-26模块电路图”。

表5故障分析

序号

故障内容

1

2

3

4

5

6

任务四：

监控系统

功能要求

（1）通过监控系统的光源模拟跟踪控制系统界面、能量转换控制存储系统界面和离网逆变负载系统界面，分别显示各自的运行状态参数，参数单元应包含电压、电流等与系统相关的信息，并且打印输出。

（2）设计午日灯亮和3盏灯亮的太阳能电池方阵的输出功率曲线图，要求采样点数不少于12个，采样间隔为10秒。

在任务二中进行调节线绕变阻器记录电压值和电流值时，通过打印机打印所设计的太阳能电池方阵的输出功率曲线图。

（3）采用监控系统的光伏发电采集报表，采集数据不少于8次，15分钟记录一次能量转换控制存储系统的光伏输入电压、光伏输入电流、直流输出电压、直流输出电流。

打印离网逆变负载系统的逆变输入电压、逆变输入电流、逆变功率、负载电压、负载电流、负载功率等数据表。

（4）制作表1-表3并实时采集数值，并打印。

任务五：

综合内容

（1）设计30W太阳能路灯系统。

要求：

太阳能路灯功率为30W，工作电压为直流12V，路灯每天工作8h，连续7个阴雨天能正常工作。

当地东经114º，北纬23º，年平均日太阳辐射为3.82kW/m2，年平均月气温为20.5ºC，两个连续的阴雨天间隔时长25d。

表6是全国各大城市标准日照时数。

在答题纸上完成设计过程。

表6全国各大城市标准日照时数

城市

纬度Φ（º）

斜面日均辐射量（kJ/m2）

日辐射量Ht（kJ/m2）

最佳倾角（º）

哈尔滨

45.68

15838

12703

Φ+3

长春

43.90

17127

13572

Φ+1

沈阳

41.77

16563

13793

Φ+1

北京

39.80

18035

15261

Φ+4

天津

39.10

16722

14356

Φ+5

呼和浩特

40.78

20075

16574

Φ+3

太原

37.78

17394

15061

Φ+5

乌鲁木齐

43.78

6594

14464

Φ+12

西宁

36.75

19617

16777

Φ+1

兰州

36.05

15842

14966

Φ+8

银川

38.48

19615

16553

Φ+2

西安

34.30

12952

12781

Φ+14

上海

31.17

13691

12760

Φ+3

南京

32.00

14207

13099

Φ+5

合肥

31.85

13299

12525

Φ+9

杭州

30.23

12372

11668

Φ+3

南昌

28.67

13714

13094

Φ+2

福州

26.08

12451

12001

Φ+4

济南

36.68

15994

14043

Φ+6

郑州

34.72

14558

13332

Φ+7

武汉

30.63

13707

13201

Φ+7

长沙

28.20

11589

11377

Φ+6

广州

23.13

12702

12110

Φ+0

海口

20.03

13510

13835

Φ+12

南宁

22.82

12734

12515

Φ+5

成都

30.67

10304

10392

Φ+2

贵阳

26.58

10235

10327

Φ+8

昆明

25.02

15333

14194

Φ+0

拉萨

29.70

24151

21301

Φ+6

（2）请在答题纸上简要叙述表4逆变死区时间和谐波总量之间的关系。