技能大赛 高职 正式赛卷 风光互补发电系统安装与调试 任务书B.docx

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技能大赛高职正式赛卷风光互补发电系统安装与调试任务书B

2017年全国职业技能大赛

风光互补发电系统安装与调试赛项

竞赛任务书B

2017年5月

选手须知：

（1）任务书共22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）竞赛时间共4小时，包括系统安装时间、接线时间、程序设计与系统调试时间、测试时间、分析时间、答题时间和提交成果时间等，参赛团队应在4个小时内完成任务书规定内容。

参赛选手在竞赛过程中根据任务书要求，将各系统的运行记录或程序文件存储到指定的计算机的盘目录下，未存储到指定位置的运行记录或程序文件不予给分。

（3）参赛选手提交的试卷不得写上姓名或与身份有关的信息，否则成绩无效。

（4）参赛选手认定竞赛设备的器件有故障可提出更换，器件经现场裁判测定完好属参赛选手误判时，每次扣该参赛队2分。

（5）竞赛过程中，参赛选手要遵守操作规程，确保人身及设备安全，并接受裁判员的监督和警示。

竞赛过程中由于参赛选手人为原因造成的器件损坏，不予更换。

竞赛过程中由于参赛选手人为原因造成贵重器件损坏，停止该队比赛，竞赛成绩作为零分。

（6）在竞赛过程中，参赛选手如有舞弊、不服从裁判判决、扰乱赛场秩序等行为，裁判长按照规定扣减相应分数。

情节严重的取消竞赛资格，竞赛成绩记为零分。

（7）选手应爱惜设备，节约耗材。

选手在竞赛过程中，不得踩踏连接导线、走线槽盖板等材料或工具。

一、竞赛设备描述

竞赛设备以“KNT-WP01型风光互补发电实训系统”为载体，该设备由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统和监控系统组成，如图1所示。

（a）（b）（c）（d）（e）（f）

图1KNT-WP01型风光互补发电实训系统外形图

（a）光伏供电装置（b）风力供电装置（c）光伏供电系统

（d）风力供电系统（e）逆变与负载系统（f）监控系统

1．光伏供电装置

光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成。

光伏供电装置的光伏电站偏移方向的定义和摆杆移动方向的定义如图2所示。

光伏供电装置所有部件和设备已安装完成。

仅将并联的光伏电池的连接线拆开，分为4组独立的连接线。

2．光伏供电系统

光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP核心单元、信号处理单元、接口单元、西门子S7-200CPU226PLC、继电器组、蓄电池组、可调电阻、断路器、开关电源、应用软件、接线排、网孔架等组成。

光伏供电系统的光伏供电控制单元连接线已拆除、西门子S7-200CPU226PLC除了AC220V电源线和接地线外，其它接线已拆除；继电器组接线已拆除。

触摸屏通信线（编程电缆线）已拆除。

图2光伏供电装置外形图及方向定义

将光伏电池组件2#组成1号光伏电站，1#、3#、4#组成2号光伏电站。

3．风力供电装置

风力供电装置主要由水平轴永磁同步风力发电机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成。

如图3所示是风力供电装置示意图，风场运动机构箱运动方向的定义已在图3中标明。

风力供电装置已安装完成。

图3风力供电装置示意图

4．风力供电系统

风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200CPU224PLC、变频器、继电器组、可调电阻、断路器、应用软件、开关电源、接线排、网孔架等组成。

风力供电系统的风力供电控制单元没有接线、西门子S7-200CPU224PLC除了AC220V电源线、接地线外，其它接线已拆除，继电器组上所有接线已拆除。

5．逆变与负载系统

逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、DSP核心单元、DC-DC升压单元、单相桥逆变单元、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、继电器、网孔架等组成。

逆变与负载系统上，负载的连接线已拆除。

6．监控系统

监控系统主要由计算机、组态软件、接线排、网孔架等组成。

计算机上的COM端口已拆除。

二、工作任务

任务一：

光伏电站的搭建（35%）

一、测试不同状态光伏电站数据（5分）

1.光伏电站的输出特性测试

将光伏供电控制单元的选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，调节光伏电池组件正对投射灯，在同时打开灯1、灯2的前提下，缓慢调节光伏供电系统的可调变阻器，用万用表电阻档测量该电阻值，将电阻值调到答题纸表1、表2所要求的阻值范围（测电阻时需断开QF7），并在答题纸表1、表2中记录阻值，然后测试下面条件下的光伏电站的输出电压、输出电流，分别填在答题纸表1、表2中，并在表中计算功率。

①测试2号光伏电站的输出参数。

②保持1#光伏电池组件遮挡，测试2号光伏电站的输出参数。

2.输出特性绘制

根据答题纸表1、表2记录的数据，在答题纸图1上分别绘制2个光伏电站输出功率-电压特性曲线，在答题纸图2上分别绘制2个光伏电站伏-安特性曲线。

合理选取横纵坐标的分度值，使得所画曲线能充满所给画面80%以上的区域。

每条曲线均需要标明坐标的名称、参数单位和计量单位。

二、光伏供电装置与供电系统的安装与接线（7分）

图4光伏供电装置与供电系统的安装接线图

光伏供电装置与供电系统的安装接线图如图4所示。

按照图4所示电路，完成接线。

接线要有合理的线标套管。

线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其它导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

光伏电站与光伏发电单元的连接线应顺着型材，捆扎整齐。

号码管在套入时，所有接线方向垂直于地面的套管，号码及字母组合读序从远离接线端至接线口，所有接线方向平行于地面的套管，号码及字母组合读序从左至右，如图5所示。

图5接线套管方向示意图

在压接接线端子时，剥开的线芯插入接线端子套时，将所有的线芯全部插入端子中；采用压线钳压接接线端子时，应使压痕在接线端子套的底部（反面），压接后，压接部位不允许有导线外露。

如图6所示。

在本任务书范围内涉及的号码套入、冷压头均压痕参照图5、图6。

图6冷压头压痕位置示意图

三、光伏供电装置和供电系统程序编写与调试（20分）

1.控制单元的布线与接线

在不改变光伏供电控制单元的按钮、旋钮、急停按钮的功能，按照表1配置表及表2要求，完成光伏供电控制单元的布线与接线。

接线要有合理的线标套管。

线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其它导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

2．CPU226PLC布线与接线

根据表1的PLC配置表及表2线径和颜色要求表，完成西门子S7-200CPU226PLC的布线与接线。

表1西门子S7-200CPU226PLC的配置表

序号

输出

配置

序号

输入

配置

1

Q0.0

继电器KA1线圈

23

I0.0

灯2按钮

2

Q0.1

继电器KA2线圈

24

I0.1

灯1按钮

3

Q0.2

继电器KA3线圈

25

I0.2

西东按钮

4

Q0.3

继电器KA4线圈

26

I0.3

东西按钮

5

Q0.4

继电器KA5线圈

27

I0.4

启动按钮

6

Q0.5

继电器KA6线圈

28

I0.5

急停按钮

7

Q0.6

继电器KA7线圈

29

I1.0

停止按钮

8

Q0.7

继电器KA8线圈

30

I1.1

光伏组件向北限位开关

9

Q1.0

继电器KA9线圈

31

I1.2

向西按钮

10

Q1.1

继电器KA10线圈

32

I1.3

向南按钮

11

Q1.2

继电器KA11线圈

33

I1.4

向东按钮

12

Q1.3

继电器KA12线圈

34

I1.5

向北按钮

13

Q1.4

继电器KA13线圈

35

I1.6

旋转开关自动挡

14

Q1.5

继电器KA14线圈

36

I1.7

光线传感器向西信号

15

Q1.6

停止指示灯

37

I2.0

光线传感器向北信号

16

Q1.7

启动指示灯

38

I2.1

光线传感器向东信号

17

1M

0V

39

I2.2

光线传感器向南信号

18

2M

0V

40

I2.3

摆杆接近开关垂直限位

19

1L

DC24V

41

I2.4

光伏组件向南限位开关

20

2L

DC24V

42

I2.5

光伏组件向东、向西限位开关

21

43

I2.6

摆杆西东向限位开关

22

44

I2.7

摆杆东西向限位开关

表2S7-200CPU226PLC接线的线径和颜色要求

序号

起始端

结束端

线型

序号

起始端

结束端

线型

1

L1

接线排L

0.75mm2红色

25

I2.0

略

0.3mm2蓝色

2

N

接线排N

0.75mm2黑色

26

I2.1

略

0.3mm2蓝色

3

GND

接线排PE

0.75mm2黄绿色

27

I2.2

略

0.3mm2蓝色

4

1M

略

0.3mm2白色

28

I2.3

略

0.3mm2蓝色

5

2M

略

0.3mm2白色

29

I2.4

略

0.3mm2蓝色

6

1L

略

0.3mm2红色

30

I2.5

略

0.3mm2蓝色

7

2L

略

0.3mm2红色

31

I2.6

略

0.3mm2蓝色

8

3L

略

0.3mm2红色

32

I2.7

略

0.3mm2蓝色

9

I0.0

略

0.3mm2蓝色

33

Q0.0

略

0.3mm2红色

10

I0.1

略

0.3mm2蓝色

34

Q0.1

略

0.3mm2红色

11

I0.2

略

0.3mm2蓝色

35

Q0.2

略

0.3mm2红色

12

I0.3

略

0.3mm2蓝色

36

Q0.3

略

0.3mm2红色

13

I0.4

略

0.3mm2蓝色

37

Q0.4

略

0.3mm2红色

14

I0.5

略

0.3mm2蓝色

38

Q0.5

略

0.3mm2红色

15

I0.6

略

0.3mm2蓝色

39

Q0.6

略

0.3mm2红色

16

I0.7

略

0.3mm2蓝色

40

Q0.7

略

0.3mm2红色

17

I1.0

略

0.3mm2蓝色

41

Q1.0

略

0.3mm2红色

18

I1.1

略

0.3mm2蓝色

42

Q1.1

略

0.3mm2红色

19

I1.2

略

0.3mm2蓝色

43

Q1.2

略

0.3mm2红色

20

I1.3

略

0.3mm2蓝色

44

Q1.3

略

0.3mm2红色

21

I1.4

略

0.3mm2蓝色

45

Q1.4

略

0.3mm2红色

22

I1.5

略

0.3mm2蓝色

46

Q1.5

略

0.3mm2红色

23

I1.6

略

0.3mm2蓝色

47

Q1.6

略

0.3mm2红色

24

I1.7

略

0.3mm2蓝色

48

Q1.7

略

0.3mm2红色

3.继电器的布线与接线

（1）将光伏供电系统继电器组从左向右分别定义为KA1～KA14。

光伏供电系统继电器控制电路接线图见图7、图8，各继电器控制对象如表3，关于电站、负载的接线参照图4、图7、图9。

表3继电器控制对象表

序号

继电器编号

继电器控制对象

1

KA1

控制风力电站投入/切出

2

KA2

控制光伏电站1投入/切出

3

KA3

控制光伏电站2投入/切出

4

KA4

控制摆杆由东向西运动及东西运动指示灯

5

KA5

控制摆杆由西向东运动及西东运动指示灯

6

KA6

控制向西偏转及向西偏转指示灯

7

KA7

控制向东偏转及向东偏转指示灯

8

KA8

控制光伏电站向南偏转及向南偏转指示灯

9

KA9

控制光伏电站向北偏转及向北偏转指示灯

10

KA10

控制投射灯1和灯1按钮指示灯

11

KA11

控制投射灯2和灯2按钮指示灯

12

KA12

控制直流LED负载运行/停止

13

KA13

控制报警灯负载运行/停止

14

KA14

控制变频器及电机负载运行/停止

图7光伏供电系统继电器控制电路接线图一

图8光伏供电系统继电器控制电路接线图二

4.光伏供电系统的调试

（1）光伏供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，可以进行手动控制光伏电站跟踪、灯状态、摆杆运动操作的点动控制。

（2）PLC处在手动控制状态时，按住向东按钮，光伏电站向东偏转，松开向东按钮或者接触到东限位位置开关，向东按钮指示灯熄灭，同时光伏电站向东偏转停止。

（3）PLC处在手动控制状态时，按住向西按钮，光伏电站向西偏转，松开向西按钮或者接触到西限位位置开关，向西按钮指示灯熄灭，同时光伏电站向西偏转停止。

（4）PLC处在手动控制状态时，按住向南按钮，光伏电站向南偏转，松开向南按钮或者接触到南限位位置开关，向南按钮指示灯熄灭，同时光伏电站向南偏转停止。

（5）PLC处在手动控制状态时，按住向北按钮，光伏电站向北偏转，松开向北按钮或者接触到北限位位置开关，向北按钮指示灯熄灭，同时光伏电站向北偏转停止。

（6）PLC处在手动控制状态时，按住东西按钮，摆杆由东向西方向摆动。

松开东西按钮或摆杆处在东西极限位置时，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。

（7）PLC处在手动控制状态时，按住西东按钮，摆杆由西向东方向摆动。

松开西东按钮或摆杆处在西东极限位置时，西东按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。

（8）PLC处在手动控制状态时，按住灯1按钮，灯1按钮的指示灯及投射灯1亮。

松开灯1按钮，灯1按钮的指示灯熄灭，投射灯1熄灭。

（9）PLC处在手动控制状态时，按住灯2按钮，灯2按钮的指示灯及投射灯2亮。

松开灯2按钮，灯2按钮的指示灯熄灭，投射灯2熄灭。

（10）PLC处在手动控制状态时，点击触摸屏负载调试界面上相关点动按钮或上位机逆变系统监控系统界面上的相关电动按钮，相应负载点动运行，其中电机负载以工频点动运行。

四、光伏供电系统的电路图绘制与分析（3分）

答题纸上回答相关问题。

任务二:

风电场的搭建（20%）

一、风力供电装置与供电系统的安装与接线（7分）

风力供电装置与供电系统的安装与接线图如图9所示。

按照图9所示电路，完成接线。

接线要有合理的线标套管。

线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其它导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

光伏发电单元与风力发电单元之间的走线应卡入走线槽，中间有导线露出部分应用缠绕带缠绕好。

图9风力供电装置与供电系统的安装与接线图

二、风力供电装置和供电系统程序编写与调试（10分）

1.控制单元的布线与接线

在不改变风力供电控制单元的按钮、旋钮、急停按钮的功能，按照表3配置表及表4要求，完成风力供电控制单元的布线与接线。

接线要有合理的线标套管。

线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其它导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

2．西门子S7-200CPU224PLC的布线及接线

西门子S7-200CPU224PLC的输入输出配置如表3所示。

根据表4西门子S7-200CPU224PLC的配置，完成西门子S7-200CPU224PLC的布线与接线，接线的线径和颜色要求见表5。

表4S7-200CPU224PLC的输入输出配置表

序号

输入

配置

序号

输出

配置

1

I0.0

旋转开关自动挡

15

Q0.0

恢复按钮指示灯

2

I0.1

急停按钮

16

Q0.1

侧风偏航按钮指示灯

3

I0.2

停止按钮

17

Q0.2

启动按钮指示灯

4

I0.3

逆时按钮

18

Q0.3

停止按钮指示灯

5

I0.4

顺时按钮

19

Q0.4

逆时按钮指示灯

6

I0.5

启动按钮

20

Q0.5

顺时按钮指示灯

7

I0.6

恢复按钮

21

Q0.6

继电器KA18线圈

8

I0.7

侧风偏航按钮

22

Q0.7

继电器KA17线圈

9

I1.0

风场机构顺时到位开关

23

Q1.0

继电器KA16线圈

10

I1.1

风场机构逆时到位开关

24

Q1.1

继电器KA15线圈

11

I1.2

风速检测信号

25

1M

0V

12

I1.3

侧风偏航90°到位开关

26

2M

0V

13

I1.4

侧风偏航初始位开关

27

1L

+24V

14

I1.5

侧风偏航45°到位开关

28

2L

+24V

表5S7-200CPU224PLC接线的线径和颜色要求

序号

起始端

结束端

线型

序号

起始端

结束端

线型

1

L1

接线排L

0.75mm2红色

17

I1.0

略

0.3mm2蓝色

2

N

接线排N

0.75mm2黑色

18

I1.1

略

0.3mm2蓝色

3

GND

接线排PE

0.75mm2黄绿色

19

I1.2

略

0.3mm2蓝色

4

1M

略

0.3mm2白色

20

I1.3

略

0.3mm2蓝色

5

2M

略

0.3mm2白色

21

I1.4

略

0.3mm2蓝色

6

1L

略

0.3mm2红色

22

I1.5

略

0.3mm2蓝色

7

2L

略

0.3mm2红色

23

Q0.0

略

0.3mm2红色

8

3L

略

0.3mm2红色

24

Q0.1

略

0.3mm2红色

9

I0.0

略

0.3mm2蓝色

25

Q0.2

略

0.3mm2红色

10

I0.1

略

0.3mm2蓝色

26

Q0.3

略

0.3mm2红色

11

I0.2

略

0.3mm2蓝色

27

Q0.4

略

0.3mm2红色

12

I0.3

略

0.3mm2蓝色

28

Q0.5

略

0.3mm2红色

13

I0.4

略

0.3mm2蓝色

29

Q0.6

略

0.3mm2红色

14

I0.5

略

0.3mm2蓝色

30

Q0.7

略

0.3mm2红色

15

I0.6

略

0.3mm2蓝色

31

Q1.0

略

0.3mm2红色

16

I0.7

略

0.3mm2蓝色

32

Q1.1

略

0.3mm2红色

3．继电器组的配置、布线与接线

（1）将风力供电系统继电器组从左向右分别定义为KA15～KA18。

其中继电器KA18用于风场顺时运动控制，KA17用于风场逆时运动控制，继电器KA16用于尾舵撤销侧风偏航控制，KA15用于尾舵侧风偏航的控制。

继电器组的接线见图10所示。

（2）继电器布线与接线要有合理的线标套管，其中线标套管K13～K20用于互锁信号，线标套管不得与其它导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

图10风力供电系统继电器接线图

4.风力供电的调试

风力供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向手动控制状态时，S7-200CPU224PLC可以进行风场运动和侧风偏航运动的手动调试。

（1）S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时，按住顺时按钮，顺时按钮指示灯亮，同时风场运动机构箱顺时移动，松开顺时按钮或风场运动机构箱顺时移动到限位开关时，顺时按钮指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。

（2）S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时，按住逆时按钮，逆时按钮指示灯亮，同时风场运动机构箱逆时移动，松开逆时按钮或风场运动机构箱逆时移动到限位开关时，逆时按钮指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。

（3）S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时，按住偏航按钮，偏航按钮指示灯亮，同时风力发电机作侧风偏航动作，松开偏航按钮或运动到侧风偏航90°到位开关时，偏航按钮指示灯熄灭，侧风偏航动作停止。

（4）S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时，按住恢复按钮，恢复按钮指示灯亮，同时风力发电机作撤销侧风偏航动作，松开恢复按钮或侧风偏航运动到初始位置停止时，恢复按钮指示灯熄灭，撤销侧风偏航停止。

三、测试风力发电功率特性数据（2分）

1.风力供电的输出参数测试

将风力供电控制单元的选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，调节风力供电装置的水平轴永磁同步风力发电机正对轴流风机，调节轴流风机的频率，测试风力电站的输出参数，将下面测试的数据分别填在答题纸表3中，并在表中计算功率。

要求：

调节轴流风机频率为50Hz，在轴流风机运行稳定后，缓慢调节风力供电系统的可调变阻器负载，测试时要求该负载从短路逐渐变化到开路。

记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表5所示的光伏电站输出的电压、电流值表格中，每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录16组。

2.风力供电的输出特性绘制

根据答题纸表3记录的数据，在答题纸图4上绘制风力供电的输出功率-电压特性曲线，合理选取横纵坐标的分度值，使得所画曲线能充满所给画面80%以上的区域。

每条曲线均需要标明坐标的名称、参数单位和计量单位。

四、风力供电系统的分析（1分）

在答题纸上回答问题。

任务三：

风光互补运营（20%）

一、逆变与负载系统的安装与接线（3分）

图11逆变与负载系统接线图

按照图11所示电路，完成逆变与负载系统中负载的接线。

布线与接线要有合理的线标套管，线标套管不得与其它导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

来自光伏供电系统的连接线应卡入走线槽，中间有导线露出部分应用缠绕带缠绕好。

二、测试蓄电池模拟充放电数据（2分）

调节光伏供电系统投射灯摆杆位于垂直状态，调节投射灯正对光伏电站，组件正对投射灯，同时打开灯1、灯2，测量1号、2号光伏电站共同切入时的输出电压，在光伏供电系统触摸屏模拟实验单元界面上，设置光伏模拟电压值为所测得的光伏电站输出电压，设置模拟蓄电池电压为蓄电池实测电压。

用示波器双通道分别测量真实充电波形及模拟充电波形，上方显示真实充电波形，下方显示模拟充电波形，两个波形不出现波形重叠，右上角显示出两种波形的正占空比数值。

截图并保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：

真实充电及模拟充电波形+真实充电占空比值+模拟充电占空比值。

三、测试逆变系统波形（3分）

（1）使用示波器双踪同时测量逆变器的H桥左上桥功率管的驱动信号波形1和右下桥功率管的驱动信号