全国职业院校技能大赛风光互补发电系统安装与调试赛项样卷四.docx
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全国职业院校技能大赛风光互补发电系统安装与调试赛项样卷四
2021年全国职业院校技能大赛
风光互补发电系统安装与调试
赛项样卷四
2021年5月
一、赛项任务书
选手须知：
（1）任务书正卷部分共29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）竞赛分二天完成，职业素养在竞赛全过程考核，第一天发任务书1-16页，完成任务一光伏电站规划设计、任务二光伏电站的搭建和任务三风电场的搭建，时间5小时。
第二天发任务书17-29完成任务四风光互补发电系统保养与维护、任务五风光互补发电系统调度运营管理、任务六能源信息化管理，时间3小时。
参赛选手应在规定时间内完成任务书内容，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）竞赛平台
竞赛由光伏供电装置、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。
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、光照度传感器、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。
光伏供电装置的电站移动方向的定义和摆杆移动方向等的定义如图1所示。
图1光伏供电装置外形图及方向定义
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、S7-200SMARTPLC、PLC模拟量扩展模块、调压模块、继电器组、蓄电池组、可调电阻、开关电源、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、S7-200SMARTPLC
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。
触摸屏通信线已拆除。
将光伏电池组件2#、3#、4#组成1号光伏电站，1#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2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2中标明。
风力供电装置已安装完成。
图2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、S7-200SMARTPLC、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、S7-200SMARTPLC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、全桥逆变单元、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、工业交换机、串口服务器、智能无线终端、能源管理云平台、组态软件、接线排、网孔架等组成。
计算机上的通讯线已拆除。
7.光伏电站规划与设计软件
8.连接导线及压接端子的基本工艺要求
（1）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3所示。
图3接线套管方向示意图
（2）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4所示。
图4冷压头压痕位置示意图图5U型冷压头与端子排连接示意图
（3）U型冷压端子在插入端子排时，U型部分应充分插入，并保证正面朝外，如图5所示。
（4）本系统中的RJ45水晶头压接均采用T568B线序，即RJ45型水晶头插头各脚与网线颜色对应为：
1—白橙，2—橙，3—白绿，4—蓝，5—白蓝，6—绿，7—白棕，8—棕，如图6所示,要求网线压接可靠，各线线芯压到底与水晶头端头齐平，铜触面要低于水晶头槽面约1mm，确保触面与线芯内导线接触充分，以太网线的外皮要压入水晶头内。
图6RJ45T568B线序
串口服务器中RS485的接线定义：
RJ45水晶头的3号引脚白绿为“A”，1号引脚白橙为“B”，如图7所示。
图7RS485接线图
串口服务器中RS232的接线定义：
RJ45水晶头的2号引脚橙为“A”，1号引脚白橙为“B”，6号引脚绿为“G”，如图8所示。
图8RS232接线图
在本任务书范围内涉及的号码套入、冷压头均压痕及U型冷压端子在插入端子排、网线制作时的工艺均参照图3、图4、图5、图6、图7、图8所示。
（二）竞赛任务
任务一：
光伏电站规划设计（10%）
要求：
能够利用光伏系统设计软件平台如图9根据指定的项目需求，设计出合理的光伏电站规划方案，经过模拟运行调整系统参数，最终输出财务分析文件、设计方案、可研报告。
图9光伏系统设计软件平台
一、光伏电站规划设计方案（10分）
在电脑中安装有光伏系统设计软件，设计一种“用户侧光伏并网系统”，项目名称命名为《用户侧光伏并网系统》，
项目地址选择为内蒙古呼和浩特市，客户名称为“客户D”，地址为内蒙古呼和浩特市，设计方公司名称为“技能大赛参赛组”,设计方公司地址为内蒙古呼和浩特市，设计人员名称为选手所在的工位号，如：
01，其余信息默认。
项目中的气象数据来源采用国际通用卫星数据，气象数据与项目当地地址一致，光伏阵列全部采用地面式样，项目有效占地面积25000㎡，设计光伏并网系统容量为1.5MW即1500KW。
（1）要求完成直流侧设计，截图并保存阵列倾角优化界面，体现设计的倾角和方位角；截图并保存组件选择界面，体现选用的组件特性参数；截图并保存方阵布置界面，体现阵列排布情况并满足项目容量计算；截图并保存逆变器设计界面，体现选用的逆变器参数；截图并保存直流传输方案选择界面，体现方案选择；所有截图保存在桌面“光伏电站规划设计”文件夹，文件名同截图界面名称。
（2）要求将模拟运行界面截图并保存在桌面“光伏电站规划设计”文件夹，文件名为“模拟运行”。
（3）要求系统设计完成后，生成财务分析文件、用户侧并网系统设计方案、可研报告三部分，保存在桌面文件夹“光伏电站规划设计”文件夹中。
其中财务分析文件包含选用设备费用、安装费用、材料费用、人工费用、管理费用、技术服务费用等，同时根据贷款、借款还本利息、利润等因素，评估系统的盈利能力，清偿能力和外汇平衡等财务状况，借以判别项目的财务可行性。
设计方案包含所选产品的详细技术参数及相关产品的选型公式和方法、全年各月能量损耗、全年各月发电量、设备及材料清单、节能减排分析等。
可研报告是一份结合项目的客观条件和设计公司资源，充分分析该项目的设计方案以及经济效益、环保指标等作出的全面的评价报告。
任务二：
光伏电站的搭建（22%）
一、光伏电站的安装与搭建（8分）
1.光伏供电装置与供电系统的安装接线要求
图10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10所示。
按照图10所示电路完成接线。
从光伏电站到系统的连接线须采用0.3mm2的四芯电缆线。
连接导线在进入系统时，必须经过接线端子排；连接导线在经过不同系统之间时，连接导线必须经过电气连接件，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，在本任务书中所有线标套管号码均按此要求）。
2．光伏供电系统的电路图绘制
将PLCSR40控制的继电器组从左向右分别定义为KA1～KA14（其中KA12～KA14安装于逆变与负载系统上）。
光伏供电系统继电器控制电路接线图见图11、图12。
其中继电器KA1用于控制光伏电池组件向南偏转及向南偏转指示灯；继电器KA2用于控制光伏电池组件向北偏转及向北偏转指示灯；继电器KA3用于控制摆杆由西向东运动及西东运动指示灯；继电器KA4用于控制摆杆由东向西运动及东西运动指示灯；继电器KA5用于控制光伏电池组件向东偏转及向东偏转指示灯；继电器KA6用于控制光伏电池组件向西偏转及向西偏转指示灯；继电器KA7用于控制投射灯1和灯1按钮指示灯；继电器KA8用于控制投射灯2和灯2按钮指示灯。
继电器KA9用于控制风力电站投入/切出；继电器KA10用于控制光伏电站2投入/切出；继电器KA11用于控制光伏电站1投入/切出;KA12用于控制舞台灯负载运行/停止；KA13用于控制报警灯负载运行/停止；KA14用于控制变频器及电机负载运行。
根据上述继电器定义，在答题纸上绘制光伏供电系统的总电路图，主要体现控制电源分布、摆杆电机控制回路、投射灯控制回路，光伏组件东西、南北电机控制回路，要求在电机控制回路中体现互锁。
3.光伏供电系统的安装与接线
（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。
（2）S7-200SMARTPLC的布线及接线
根据表1S7-200SMARTSR40PLC的配置表及表2的线径和颜色要求表，完成S7-200SMARTSR40PLC的布线与接线。
表1S7-200SMARTSR40PLC的输入输出配置表
序号
输出
配置
序号
输入
配置
1
Q0.0
启动指示灯
23
I0.0
急停按钮
2
Q0.1
停止指示灯
24
I0.1
停止按钮
3
Q0.2
继电器KA1线圈
25
I0.2
启动按钮
4
Q0.3
继电器KA2线圈
26
I0.3
灯1按钮
5
Q0.4
继电器KA3线圈
27
I0.4
灯2按钮
6
Q0.5
继电器KA4线圈
28
I0.5
西东按钮
7
Q0.6
继电器KA5线圈
29
I1.0
东西按钮
8
Q0.7
继电器KA6线圈
30
I1.1
向北按钮
9
Q1.0
继电器KA7线圈
31
I1.2
向西按钮
10
Q1.1
继电器KA8线圈
32
I1.3
向南按钮
11
Q1.2
继电器KA9线圈
33
I1.4
向东按钮
12
Q1.3
继电器KA10线圈
34
I1.5
摆杆西东向限位开关
13
Q1.4
继电器KA11线圈
35
I1.6
摆杆接近开关垂直限位
14
Q1.5
继电器KA12线圈
36
I1.7
摆杆东西向限位开关
15
Q1.6
继电器KA13线圈
37
I2.0
光伏组件向南限位开关
16
Q1.7
继电器KA14线圈
38
I2.1
光伏组件向北限位开关
17
1M
0V
39
I2.2
光伏组件向东、向西限位开关
18
1L
DC24V
40
I2.3
光线传感器向东信号
19
2L
DC24V
41
I2.4
光线传感器向西信号
20
3L
DC24V
42
I2.5
光线传感器向北信号
21
4L
DC24V
43
I2.6
光线传感器向南信号
22
44
I2.7
旋转开关自动挡
表2S7-200SMARTSR40PLC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
1L
略
0.3mm2红色
29
I2.4
略
0.3mm2蓝色
6
2L
略
0.3mm2红色
30
I2.5
略
0.3mm2蓝色
7
3L
略
0.3mm2红色
31
I2.6
略
0.3mm2蓝色
8
4L
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蓝色
10
I0.1
略
0.3mm2蓝色
34
Q0.1
略
0.3mm2蓝色
11
I0.2
略
0.3mm2蓝色
35
Q0.2
略
0.3mm2蓝色
12
I0.3
略
0.3mm2蓝色
36
Q0.3
略
0.3mm2蓝色
13
I0.4
略
0.3mm2蓝色
37
Q0.4
略
0.3mm2蓝色
14
I0.5
略
0.3mm2蓝色
38
Q0.5
略
0.3mm2蓝色
15
I0.6
略
0.3mm2蓝色
39
Q0.6
略
0.3mm2蓝色
16
I0.7
略
0.3mm2蓝色
40
Q0.7
略
0.3mm2蓝色
17
I1.0
略
0.3mm2蓝色
41
Q1.0
略
0.3mm2蓝色
18
I1.1
略
0.3mm2蓝色
42
Q1.1
略
0.3mm2蓝色
19
I1.2
略
0.3mm2蓝色
43
Q1.2
略
0.3mm2蓝色
20
I1.3
略
0.3mm2蓝色
44
Q1.3
略
0.3mm2蓝色
21
I1.4
略
0.3mm2蓝色
45
Q1.4
略
0.3mm2蓝色
22
I1.5
略
0.3mm2蓝色
46
Q1.5
略
0.3mm2蓝色
23
I1.6
略
0.3mm2蓝色
47
Q1.6
略
0.3mm2蓝色
24
I1.7
略
0.3mm2蓝色
48
Q1.7
略
0.3mm2蓝色
①继电器的布线与接线
图11光伏供电系统继电器控制电路接线图一
图12光伏供电系统继电器控制电路接线图二
继电器布线与接线要有合理的线标套管，其中线标套管K01～K06用于互锁信号。
二、光伏电站的特性测试（4分）
1.光伏电站特性参数测试
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，按照下列要求测试相关光伏电站的输出参数，将下面测试的数据分别填在答题纸表1～表3中，并在表中计算功率。
测试说明：
（1）下列各测试数据来源于光伏供电系统电压表、电流表测试数据，并要求自行合理选取实时采集的数据测试点（必须包含最大功率点、短路点、开路点），使得答题纸上所画曲线平滑。
（2）下列各测试数据的选取，每一个表的第一组为开路状态点、最后一组为短路状态点，同时在所测试的最大功率点的左边和右边均要求不少于6个测试点。
（3）下列各测试数据,下列各测试数据,电压、电流的数据与仪表数据一致，功率数据精确到小数点第2位。
测试要求：
（1）调节光伏供电装置的摆杆处于垂直限位位置，同时点亮投射灯1和灯2，调节光伏电池组件处于水平状态（即倾斜角为0°），检测1号、2号光伏电站同时发电的输出特性。
调节光伏供电系统的可调变阻器负载，测试时要求该负载从开路逐渐变化到短路。
记录对应的电压、电流值并填写在答题纸表1中，共记录16组。
（2）调节光伏供电装置的摆杆处于垂直位置，同时点亮投射灯1和灯2，调节光伏电池组件处于水平状态（即倾斜角为0°），并保持遮挡2号光伏电站，再次检测1号、2号光伏电站同时发电输出特性。
调节光伏供电系统的可调变阻器负载，测试时要求该负载从开路逐渐变化到短路。
记录对应的电压、电流值并填写在答题纸表2中，共记录16组。
（3）调节光伏供电装置的摆杆处于垂直限位位置，同时点亮投射灯1和灯2，
调节光伏电池组件处于水平状态（即倾斜角为0°），并保持遮挡2号光伏电站，但在1号光伏电站电源输出正极线上串联防逆流（防反）二极管，再次检测1号、2号光伏电站的输出特性。
调节光伏供电系统的可调变阻器负载，测试时要求该负载从开路逐渐变化到
短路。
记录对应的电压、电流值并填写在答题纸表3中，共记录16组。
2.光伏电站输出特性曲线绘制
根据答题纸表1、表2和表3记录的数据，在答题纸坐标图1上分别绘制3条光伏电池组件输出功率（纵坐标）-电压（横坐标）特性曲线，在答题纸坐标图2上分别绘制3条光伏电池组件电流（纵坐标）-电压（横坐标）特性曲线。
每条曲线均需要标明坐标的名称、参数单位和计量单位。
要求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。
3.通过光伏电站测试数据定性分析遮挡对光伏电池开路电压、短路电流的影响；并通过测试数据说明防逆流二极管的作用。
三、光伏电站的编程与调试（8分）
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处在手动控制状态下，可以完成光伏电池组件跟踪、灯状态、摆杆运动操作的手动控制，PLC处在自动控制状态下，可以完成单循环控制。
1.手动调试
（1）PLC处在手动控制状态时，按下向东按钮，光伏电池组件向东偏转3秒后停止偏转运动。
在光伏电池组件向东偏转的过程中，按下停止按钮或急停按钮或接触到东限位位置开关，光伏电池组件停止偏转运动。
（2）PLC处在手动控制状态时，按下向西按钮，光伏电池组件向西偏转3秒后停止偏转运动。
在光伏电池组件向西偏转的过程中，按下停止按钮或急停按钮或接触到西限位位置开关，光伏电池组件停止偏转运动。
（3）PLC处在手动控制状态时，按下向北按钮，光伏电池组件向北偏转3秒后停止偏转运动。
在光伏电池组件向北偏转的过程中，按下停止按钮或急停按钮或接触到北限位位置开关，光伏电池组件停止偏转运动。
（4）PLC处在手动控制状态时，按下向南按钮，光伏电池组件向南偏转3秒后停止偏转运动。
在光伏电池组件向南偏转的过程中，按下停止按钮或急停按钮或到达南限位位置开关，光伏电池组件停止偏转运动。
（5）PLC处在手动控制状态时，按下东西按钮，摆杆由东向西偏转3秒后停止偏转运动。
在摆杆由东向西偏转的过程中，按下停止按钮或急停按钮或到达东西限位位置开关，摆杆停止偏转运动。
（6）PLC处在手动控制状态时，按下西东按钮，摆杆由西向东偏转3秒后停止偏转运动。
在摆杆由西向东偏转的过程中，按下停止按钮或急停按钮或到达西东限位位置开关，摆杆停止偏转运动。
（7）PLC处在手动控制状态时，按下灯1按钮，灯1按钮指示灯及投射灯1亮3秒。
在此过程中按下停止按钮或急停按钮，灯1按钮指示灯及投射灯1熄灭。
（8）PLC处在手动控制状态时，按下灯2按钮，灯2按钮指示灯及投射灯2亮3秒。
在此过程中按下停止按钮或急停按钮，灯2按钮指示灯及投射灯2熄灭。
2.单循环调试
（1）PLC处在自动控制状态时，按下向东按钮，光伏电池组件连续向东偏转，直至接触到东限位位置，向东偏转停止，在此过程中按下停止按钮或急停按钮，光伏电池组件停止向东偏转。
（2）PLC处在自动控制状态时，按下向西按钮，光伏电池组件连续向西偏转，直至接触到西限位位置，向西偏转停止，在此过程中按下停止按钮或急停按钮，光伏电池组件停止向西偏转。
（3）PLC处在自动控制状态时，按下向北按钮，光伏电池组件连续向北偏转，直至接触到北限位位置，向北偏转停止，在此过程中按下停止按钮或急停按钮，光伏电池组件停止向北偏转。
（4）PLC处在自动控制状态时，按下向南按钮，光伏电池组件连续向南偏转，直至到达南限位位置，向南偏转停止，在此过程中按下停止按钮或急停按钮，光伏电池组件停止向南偏转。
（5）PLC处在自动控制状态时，按下东西按钮，摆杆连续由东向西偏转，直至到东西限位位置停止偏转，在此过程中按下停止按钮或急停按钮，摆杆停止偏转。
（6）PLC处在自动控制状态时，按下西东按钮，摆杆连续由西向东偏转，直至到达西东限位位置停止偏转，在此过程中按下停止按钮或急停按钮，摆杆停止偏转。
（7）PLC处在自动控制状态时，按下灯1按钮，灯1按钮指示灯及投射灯1持续点亮，在此过程中再次按下灯1按钮或按下停止按钮或急停按钮，灯1按钮指示灯及投射灯1熄灭。
（8）PLC处在自动控制状态时，按下灯2按钮，灯2按钮指示灯及投射灯2持续点亮，在此过程中再次按下灯2按钮或按下停止按钮或急停按钮，灯2按钮指示灯及投射灯2熄灭。
四、触摸屏组态与通讯设置（2分）
设计电站调试界面
要求：
设计控制光伏电站1、光伏电站2、风电场的调试按钮。
当PLC处在手动控制状态时，按下光伏电站1、光伏电站2调试按钮，对应电站投入运行3秒；按下风电场调试按钮，风电场投入运行，再次按下风电场调试按钮，风电场切除运行；在此过程中，按下停止按钮或急停按钮，对应负载或电站停止运行。
任务三:
风电场的搭建（17%）
一、风电场的安装与搭建（6分）
1.风力供电装置与供电系统的安装与接线
图13风力供电装置与供电系统的安装与接线图
风力供电装置与供电系统的安装与接线图如图13所示。
接线要求同光伏电站的相关要求。
2.风力供电系统的安装与接线
（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。
（2）S7-200SMARTPLC的布线及接线
S7-200SMARTSR40PLC的输入输出配置如表3所示。
根据表3S7-200SMARTSR40PLC的配置，完成S7-200SMARTPLC的布线与接线，接线的线径和颜色要求见表4。
表3S7-200SMARTSR40PLC的输入输出配置表
序号
输入输出
配置
序号
输入输出
配置
1
Q0.0
继电器KA15线圈
15
I0.0
旋转开关自动挡
2
Q0.1
继电器KA16线圈
16
I0.1
启动按钮
3
Q0.2
继电器KA17线圈
17
I0.2
停止按钮
4
Q0.3
继电器KA18线圈
18
I0.3
急停按钮
5
Q0.4
升级会员 