中职 光伏发电系统安装与调试 任务书A卷.docx
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中职光伏发电系统安装与调试任务书A卷
2017年全国职业技能大赛
光伏发电系统安装与调试赛项
任务书（A卷）
2017年6月
选手须知：
（1）任务书共17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3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3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。
一、竞赛设备准备
1.竞赛设备组成
竞赛设备以“KNT-SPV02光伏发电实训系统”为载体，该设备由光伏供电装置、光伏供电系统、逆变与负载系统和监控系统组成，如图1所示。
（a）（b）（c）（d）
图1KNT-SPV02光伏发电实训系统外形图
（a）光伏供电装置（c）光伏供电系统（e）逆变与负载系统（f）监控系统
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。
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。
监控系统主要由计算机、组态软件、接线排、网孔架等组成。
2.竞赛设备准备
（1）光伏供电装置。
光伏电池组件偏移方向的定义和摆杆移动方向的定义如图2所示。
光伏供电装置相关设备与器件已安装好，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。
图2光伏供电装置外形图及方向定义
（2）光伏供电系统。
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；变频器的串口通讯线已拆除。
3．逆变与负载系统。
负载的连接线已拆除,继电器组接线已拆除。
三菱变频器保留原短接线和输出的U、V、W输出线，其它导线拆除。
参数恢复出厂设置。
4．监控系统。
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（45%）
（一）测试不同状态光伏组件数据
1.光伏电池组件的输出特性测试
将光伏供电控制单元的选择开关拨向手动控制状态，调节光伏供电装置的摆杆处于垂直状态，调节光伏电池组件正对着投射灯，并在同时打开灯1、灯2的前提下；
（1）测试1#光伏电池组件特性。
调节光伏供电系统的可调变阻器负载，要求该负载从开路逐渐变化到短路，测试16点。
记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表1中，并在表中计算功率。
（要求：
开路和短路点必须测试，最大功率点的左边和右边均要求不少于6个测试点。
以下同。
）
（2）测试4块光伏电池组件并联特性。
调节光伏供电系统的可调变阻器负载，要求该负载从开路逐渐变化到短路，测试16点。
记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表2中，并在表中计算功率。
（3）1#光伏电池组件遮挡，重新测量上述情况。
记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表3中，并在表中计算功率。
2.光伏电池组件的输出特性曲线绘制
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条光伏电池组件伏-安特性曲线。
在答题纸坐标图2上分别绘制3条光伏电池组件输出功率特性曲线，每条曲线均需要标明坐标的名称、参数单位和计量单位。
3.分析。
分析电池组件遮挡引起的现象，设计一个解决电路，并按电路接线，再次重新测量，记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表4中。
并在坐标图1和坐标图2上绘制特性曲线。
（答题纸上完成）
注：
遮挡物有考场发放，已放在工位上。
（二）多光伏电站对应的光伏供电装置与供电系统的安装与接线
1.安装与接线工艺要求
（1）号码管。
号码管除了同1根导线两端一致外，不得与其它导线的号码重复命名（电源线除外）。
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号码管方向示意图
（2）冷压头压痕位置。
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
2.多光伏电站组建
将2#,3#,4#光伏电池组件并联组成1号光伏电站，1#光伏电池组件组成2号光伏电站。
2个光伏电站的主回路如图5所示。
按照图示电路，完成接线。
光伏电站与光伏发电单元的连接线应顺着型材，捆扎整齐。
图52个光伏电站的主回路
（三）光伏供电装置和供电系统程序编写与调试
1.光伏供电控制单元的布线与接线
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．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
输入输出
配置
序号
输入输出
配置
1
I0.0
光伏组件向南限位开关
23
Q0.0
继电器KA1线圈
2
I0.1
光伏组件向北限位开关
24
Q0.1
继电器KA2线圈
3
I0.2
摆杆东西向限位开关
25
Q0.2
继电器KA3线圈
4
I0.3
摆杆西东向限位开关
26
Q0.3
继电器KA4线圈
5
I0.4
摆杆接近开关垂直限位
27
Q0.4
继电器KA5线圈
6
I0.5
光伏组件向东、向西限位开关
28
Q0.5
继电器KA6线圈
7
I1.0
光线传感器（光伏组件）向东信号
29
Q0.6
继电器KA7线圈
8
I1.1
光线传感器（光伏组件）向西信号
30
Q0.7
继电器KA8线圈
9
I1.2
光线传感器（光伏组件）向南信号
31
Q1.0
继电器KA9线圈
10
I1.3
光线传感器（光伏组件）向北信号
32
Q1.1
继电器KA10线圈
11
I1.4
启动按钮
33
Q1.2
继电器KA11线圈
12
I1.5
停止按钮
34
Q1.3
继电器KA12线圈
13
I1.6
急停按钮
35
Q1.4
继电器KA13线圈
14
I1.7
向东按钮
36
Q1.5
启动指示灯
15
I2.0
向西按钮
37
Q1.6
停止指示灯
16
I2.1
向南按钮
38
Q1.7
17
I2.2
向北按钮
39
1M
0V
18
I2.3
西东按钮
40
2M
0V
19
I2.4
东西按钮
41
1L
DC24V
20
I2.5
灯1按钮
42
2L
DC24V
21
I2.6
灯2按钮
43
22
I2.7
旋转开关自动挡
44
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～KA13。
光伏供电系统继电器控制电路接线图见图6，其中继电器KA1用于控制警示灯负载、继电器KA2用于控制LED舞台灯负载、继电器KA3用于控制电动机负载，继电器KA4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KA5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KA6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KA7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KA8用于控制摆杆由东向西运动及东西运动指示灯。
继电器KA9摆杆由西向东运动及西东运动指示灯；继电器KA10用于控制投射灯1和灯1按钮指示灯；继电器KA11用于控制投射灯2和灯2按钮指示灯。
继电器KA12用于控制光伏电站1投入；继电器KA13用于控制光伏电站2投入。
（2）继电器布线与接线要有合理的号码管，其中号码管K01～K06用于互锁信号。
图6光伏供电系统继电器控制电路接线图
4.光伏供电系统的调试
手动调试：
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，可以进行手动快速自检、手动控制光伏电池组件跟踪、灯状态、摆杆运动操作的点动控制。
（1）实现快速自检。
手动状态下，按下启动按钮时，电池组件向东、南、西、北、摆杆东西、摆杆西东、灯1、灯2间隔2S顺序启停，并且相应的指示灯亮。
期间，按下停止或急停按钮，停止自检工作。
（2）按下向东按钮，光伏电池组件向东偏转，再次按下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，同时光伏电池组件向东偏转停止。
（4）按下向西按钮，光伏电池组件向西偏转，再次按下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，同时光伏电池组件向西偏转停止。
（5）按下向南按钮，光伏电池组件向南偏转，再次按下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，同时光伏电池组件向南偏转停止。
（6）按下向北按钮，光伏电池组件向北偏转，再次按下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，同时光伏电池组件向北偏转停止。
（7）按下东西按钮，摆杆由东向西方向摆动。
再次按下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。
（8）按下西东按钮，摆杆由西向东方向摆动。
再次按下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。
（9）按下灯1按钮，灯1按钮的指示灯及投射灯1亮。
再次按下灯1按钮，灯1按钮的指示灯熄灭，投射灯1熄灭。
（10）按下灯2按钮，灯2按钮的指示灯及投射灯2亮。
再次按下灯2按钮，灯2按钮的指示灯熄灭，投射灯2熄灭。
（11）以上手动控制功能在触摸屏和上位机界面上也能完成。
自动调试：
（1）光伏供电控制单元的选择开关拨向右边时，PLC处在自动控制状态。
按下启动按钮，摆杆如果不在垂直位（初始位），摆杆将连续运动，直到垂直位停止。
3s后，灯1、灯2点亮，光伏电站进行对光跟踪，跟踪到后，停止3s，摆杆由东向西断续运动，即摆杆先移动2s停止，然后光伏电池组件对光跟踪，跟踪到后，摆杆再移动2s停止，光伏电池组件再次对光跟踪（即在此过程中，摆杆与光伏电池组件对光跟踪不同时进行），直至摆杆到达东西限位后，摆杆停止移动，光伏电池组件对光跟踪，跟踪结束3s后，摆杆由西向东连续移动到垂直位置后停止,然后光伏电池组件跟踪，跟踪到位后停止,灯1、灯2灭。
一次循环结束，3s后，灯1、灯2点亮，进入下一循环。
（2）在上述过程执行中，按下光伏控制系统停止按钮，则供电系统程序继续运行直至本次循环结束后，动作停止。
按下光伏供电系统的急停按钮，程序立即结束，所有动作停止。
（四）光伏供电系统的电路图绘制（5分）
依据表1定义的PLC的输入输出配置以及图6所示的继电器控制电路接线图，在答题纸上绘制S7-200CPU226输入输出接口图，要求：
（1）画出各输入输出口连接对象的图形符号，并标注接线去向。
（2）与实际接线相符。
（3）所画电气接线图符合GB4728-84-85和GB7159-87标准。
任务二、多电站光伏发电运营（25%）
（一）负载与逆变系统的安装与接线
按照图7所示电路，完成逆变与负载系统中负载的接线。
图7逆变与负载系统接线图
（二）测试逆变系统波形
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波形2，要求测得波形1置于示波器显示屏上方，测得波形2置于示波器显示屏下方，两个波形不出现波形重叠，并分别显示2个信号的波形，并截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：
SPWM波形。
2.设置逆变器输出频率为52.5Hz，合理设置调制比，使得逆变器输出电压幅度为200V，使用示波器测量逆变器的输出波形，要求在波形右上角显示测得波形的频率及最大值，截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：
52.5Hz波形。
3.合理设置调制比，使逆变器输出电压有效值220V，频率50Hz的正弦波，利用示波器的FFT频谱分析功能，在水平扫描速率为2.00ms、FFT垂直挡位选择100mV下测量2700ns死区的逆变器输出波形和700ns死区的逆变器输出波形，分别截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名分别为：
2700ns死区逆变器输出FFT波形、700ns死区逆变器输出FFT波形。
（三）测试蓄电池充放电数据
调节摆杆位于垂直位置，投射灯正对光伏电站，打开灯1和灯2，测量2号光伏电站输出电压，在触摸屏模拟充放电界面上，设置光伏模拟电压值为2号光伏电站输出电压，设置模拟蓄电池电压为蓄电池实测电压。
用示波器双踪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，两个波形不出现重叠，右上方显示出两种波形的占空比数值，截图并保存在U盘和手提计算机的桌面。
文件名为：
真实充电波形及模拟充电波形+真实充电占空比值+模拟充电占空比值。
（四）逆变与负载系统的电路图绘制与分析
绘制“KNT-SPV02光伏发电实训系统”的逆变板的逆变主电路，并回答问题（见答题纸）。
（五）多电站、多负载能源系统互补运营
在系统处在多电站、多负载互补运营时，当相应负载投切时，可进行相应光伏电站自动投切。
表3负载侧切换光伏发电互补策略
序号
负载类型
供电系统
1
警示灯、LED灯、电动机（不通过变频器面板操作）均不工作
光伏电站不发电
2
警示灯工作
1号光伏电站发电
3
LED舞台灯工作
2号光伏电站发电
4
电动机工作
市电并网工作
5
警示灯、LED舞台灯负载工作时，如遮挡组件或投射灯，出现供电不足报警提示，可自动切换市电并网工作。
遮挡去除，恢复。
（1）光伏供电控制单元的选择开关拨向自动控制状态时，将多电站互补系统总控界面中的多电站互补发电启停旋钮置于启动状态，光伏电站进行多电站互补发电运行，实现表3负载侧切换光伏发电互补策略。
（2）多电站互补发电运行时，电站组件动作过程与光伏供电系统的自动调试相同。
总控界面中的多电站互补发电启停旋钮置于停止位时，则全部负载和电站切断运行，组件继续跟踪运行直至本次循环结束后，动作停止。
任务三：
监控与能源管理（25%）
（一）监控系统通信电缆的制作与接线
1.通信电缆线焊接
焊接KNT-SPV02型光伏发电实训系统上的COM端口并与系统接线。
焊接触摸屏通信线并与系统接线。
2.通信设置
正确设置通信参数，完成监控系统的通信。
（二）触摸屏组态功能设计与调试
要求设计下列四个界面，并要求界面之间可直接切换。
1．光伏控制单元界面
设计的光伏控制单元界面中，各控件名称与光伏供电系统中的光伏供电控制单元的按钮、旋钮、急停按钮、指示灯的名称要对应、功能要一致。
要求光伏控制单元界面的按钮布局、功能与实际面板一致。
按钮指示灯的状态与实际面板同步显示。
相应名称用中文标识。
2．设计光伏发电系统实时界面
设计的光伏发电系统实时界面中，有光伏电站实时电压、实时充电电流及实时充电功率；蓄电池实时电压、实时放电电流及实时放电功率的数值显示。
相应名称用中文标识。
3．设计光伏组件模拟充电界面
设计的光伏组件模拟充电界面中，有光伏输出模拟电压设定值和蓄电池模拟电压设定值，采用数据和进度条的双重显示模式。
相应名称用中文标识。
4.设计光伏电站和负载调试界面
设计光伏电站和负载调试界面，各控件名称与相应电站和负载名称一致，各按钮控件可对电站和负载进行点动投切。
相应名称用中文标识。
（三）上位机组态功能设计与调试
设计多电站互补发电系统总控界面、供电系统监控界面、逆变系统监控系统、能源管理界面等4个独立界面。
要求各个界面的界面名称与要求界面名称一致，用中文标识。
各界面中相关按钮控件、位置控件、指示灯控件、下拉菜单等的名称必须用中文名称，图表、曲线、显示控件也应有中文名称及单位。
1.设计多电站互补系统总控界面
多电站互补系统总控界面如图8所示，要求：
设计能源从2个光伏电站，经蓄电池，再经逆变器到负载，并提供市电并网接入功能。
多能源互补系统总控界面如图8所示。
要求在相关继电器动作时，界面上的相应触点能同步开断。
界面上设计多电站互补启停旋钮控件、1号光伏电站指示灯控件、2号光伏电站指示灯控件；设计电动机负载、警示灯负载、LED舞台灯三个负载启停旋钮控件及它们的状态指示灯控件。
多电站互补启停旋钮控件处拨向启动位置（光伏供电控制单元选择开关拨向自动位置），实现手动负载投切自动模拟多电站互补发电投切。
具体要求见表3。
图8多电站互补发电系统总控界面
要求负载工作时，显示绿色，负载停止工作时，显示红色。
电站投入时，背景显示绿色，电站切出时，显示红色。
2.设计供电系统监控界面
供电系统监控界面如图9所示，光伏供电系统面板旋钮不设计。
要求：
（1）要求光伏供电系统监控界面的按钮布局、功能和颜色与实际面板一致（手动/自动选择开关除外）,按钮指示灯的状态与实际面板同步显示。
利用该界面按钮可以实现光伏电站手动控制。
（2）界面上设置光伏电站输出电压、输出电流采集值控件及输出功率显示控件。
图9供电系统监控界面
3.设计逆变系统监控界面
逆变系统监控界面如图10所示，要求：
（1）设置逆变与负载系统死区时间下拉框，下拉框中有300、400、800、1000、1200、1800、2100、2400、2700、3000共10多项数据，时间单位：
ns。
这些数据是逆变器死区时间，供选择和测量死区波形使用。
（2）设置逆变与负载系统调制比窗，调制比是供选择和测量逆变器输出电压幅度波形使用，调制比范围为0.7-1。
要求自行设置调制比，使得逆变器输出电压幅度为200V。
（3）设置逆变与负载系统基波窗，基波频率在50Hz至60Hz之间可调，分辨率为0.1Hz，基波窗是供选择和测量逆变器的输出频率使用。
（4）设计控制电机负载、警示灯负载、LED舞台灯负载工作的按钮控件及它们的状态指示灯控件。
当按下按钮控件，相应的负载工作（电机以工频运行），同时相应的状态指示灯控件亮。
再次当按下按钮控件，负载停止工作。
图10逆变系统监控界面
4.设计能源信息化管理界面
能源信息化管理界面如图11所示。
要求：
（1）实时采集光伏电站的输出电流、输出电压、输出功率数值；实时采集逆变输出的电流、电压和功率值；统计电动机、报警灯、LED舞台灯工作次数。
（2）设计光伏发电功率--时间坐标图，实时采集数据并生成P-t曲线,横轴为时间轴（单位秒），纵轴为功率轴（单位kW，将实际功率扩大10000倍）。
截图并保存在一体机桌面上，取名为：
光伏发电P-t曲线。
（3）设计光伏电站发电电量棒状图，采集5分钟的发电量。
单位kWh（将实际发电量扩大10000倍）。
截图并保存在一体机桌面上，取名为：
光伏发电电量统计。
图11能源信息化管理界面
任务四：
职业素养（5%）
（1）现场操作安全保护：
应符合安全操作规程，不许带电作业。
（2）操作岗位：
工具摆放、工位整洁、包装物品与导线线头等的处理符合职业岗位标准，节约电气耗材。
（3）团队合作精神：
应有合理地分工，团队配合紧密。
（4）参赛纪律：
选手遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员，爱惜设备和器材。
附录：
配分表
一级指标
比例
二级指标
分值
评分方式
光伏电站的搭建
45%
测试不同状态光伏组件数据
8
现场评
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