高职 光伏电子工程设计与实施 任务书1赛项赛题.docx
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高职光伏电子工程设计与实施任务书1赛项赛题
2021年全国职业院校技能大赛
“光伏电子工程的设计与实施”赛项
（高职组）
任务书01
第一部分竞赛须知
一、竞赛纪律要求
（一）正确使用设备与工具，严格遵守操作安全规范。
（二）竞赛过程中遇到任何问题，必须向现场裁判举手示意，不得扰乱赛场秩序。
（三）遵守赛场纪律，尊重监考或裁判人员，服从安排。
二、职业素养与安全意识
（一）完成竞赛任务，根据操作规范完成所有竞赛任务，注意用电安全。
（二）保持竞赛工位、工作台表面整洁，工具摆放、零碎导线等处理符合职业岗位规范要求。
（三）遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员，爱护赛场设备及器材。
三、扣分项
（一）在竞赛过程中，因参赛选手个人操作不当导致设备破坏性损坏或造成事故，扣5分，损坏两次及以上者将被取消竞赛资格。
（二）禁止带电操作（用表笔检测和操作开关按钮盘除外），违反一次扣5分。
（三）污染赛场环境、扰乱赛场秩序、干扰裁判工作等违反职业规范的行为，扣5分，情节严重者将被取消竞赛资格。
（四）比赛过程中，选手需全程佩戴安全帽。
若在生产过程中不佩戴安全帽，扣5分。
（五）设备第一次上电，举手示意裁判请求通电，现场完成上电检测，确认检测无误后，裁判许可后方可通电；通电后若有器件损坏，扣5分。
（六）竞赛结束时，务必保存设备配置，不得拆除硬件的连接，严禁对设备设置密码；须断开实训设备上的所有空气开关。
违反者扣5分。
四、选手须知
（一）任务书如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向现场裁判举手示意，申请更换；比赛结束后，现场下发的所有纸质材料不得带离赛场，否则视为作弊。
（二）设备的安装配置请严格按照现场下发的任务书的要求及工艺规范进行操作。
（三）参赛团队应在规定时间内完成任务书要求的竞赛任务，任务实现过程中形成的文件资料必须存储到任务书要求的指定位置，未存储到指定位置造成裁判组无法检查结果及评判的相应竞赛任务以0分计入总成绩。
（四）比赛过程中，选手判定设备或器件有故障（赛题里预先设置的故障除外）可举手向裁判示意提出更换；如果设备或器件经检测有故障，则当场更换设备，此过程中（从选手举手示意开始到更换完成）造成的时间损失，经裁判长与现场裁判讨论在比赛时间结束后，对该小组进行相应的时间延迟补偿。
如设备或器件经检测完好，属选手误判时，设备或器件的认定时间计入比赛时间。
（五）在裁判长宣布竞赛结束后，选手根据裁判长的命令立即停止任何与比赛相关的操作，否则视为作弊，总成绩以0分计算。
（六）相关答题内容，须按要求填入答题纸指定位置的请根据要求完成，若选手未按照要求完成，该部分成绩以0分计入总成绩。
五、注意事项
（一）在比赛开始30分钟内，完成竞赛平台硬件、软件及竞赛材料的检查确认是否正常，并填写现场下发的竞赛设备确认表；比赛开始30分钟后收取竞赛设备确认表。
（二）竞赛任务中所使用的各类软件工具都已安装至工作站，各类说明文件等都已拷贝至工作站的“桌面\竞赛资料”路径目录，请各参赛队根据竞赛任务合理调配使用。
（三）设备第一次上电，参赛队须举手示意裁判请求通电，裁判与技术服务人员共同在工位前监督；学生现场完成上电检测，确认设备检测无误后，经裁判和技术服务人员许可，参赛队填写上电检测确认单并签字确认后方可上电；参赛队对上电结果负责。
（四）竞赛过程中，选手应及时保存竞赛成果；竞赛结束前，务必按要求完成离场确认单的填写。
（五）竞赛结束时，不得拆除硬件的连接，严禁对设备设置密码；须断开实训设备上的所有空开。
（六）竞赛结束时，工作站严禁关机，退出组态软件；务必保存设备配置，严禁对设备设置密码。
第二部分工程项目背景与任务概述
一、工程项目背景
某区域要建设光伏电站，当地光照条件优良，具有丰富的光照资源，项目要求合理设计光伏组件串并联，根据施工图纸完成光伏汇流箱安装、光伏发电系统的系统搭建，实现光伏发电，并能够对光伏发电系统进行数据采集、监控及能量管理。
二、任务概述及作品呈现要求
光伏电子工程的设计与实施与任务概述及作品呈现要求表2.2.1所述。
表2.2.1任务概述及作品呈现要求
序号
任务概述
作品呈现要求
1
工程规划与工程部署
根据电气图要求、功能要求及工艺要求，对光伏电子工程进行部署规划，完成设备的安装与线路连接。
满足功能及工艺要求的光伏电站。
2
系统开发调试与运维
考核基于光伏电子设备的智能控制、数据采集、通讯等功能的开发与检测调试。
光伏电子设备功能展示及检测报告。
考核基于PLC管控系统的配置、开发调试及运行。
满足PLC控制要求的本地按钮功能展示。
考核基于组态软件的光伏电子远程监控系统的配置、开发及调试、光伏系统的整机运行、分析、维护及能源综合利用等。
满足光伏电子工程远程监控系统的界面及功能展示。
考核光伏发电系统和设备的检测技能：
按照用电操作规范，对光伏系统线路和设备进行检测，并按要求完成记录。
符合要求系统检测报告。
3
区域能源分析与排布
考核参赛选手对区域能源工程项目整体的项目需求分析、能源供电选址、能源系统分析、产能分析、能源优化等知识的掌握。
仿真规划软件中保存建立的方案信息
第三部分竞赛任务
任务一、工程规划与工程部署任务要求（16分）
（一）年发电量计算
光伏发电系统光伏发电系统拟采用定制光伏组件4块，光伏系统转换效率为80%，组件首年衰减率2.5%，组件参数详见表3.1.1；项目地址拟建在杭州，杭州辐照量参数详见表3.1.2；根据以下参数，计算出该光伏系统每月月发电量、首年年发电量，并将计算出的发电量以报表的形式在远程监控系统中的趋势曲线界面中显示。
表3.1.1光伏组件参数
光伏组件参数
组件功率
20
Wp
最大系统电压
1000
V
开路电压
22.32
V
短路电流
1.2
A
工作电压
18
V
工作电流
1.1
A
功率公差
±3
%
组件尺寸
440*350*20
mm
表3.1.2杭州辐照度参数
月份
辐照量（kW/h/㎡）
一月
60
二月
71
三月
80
四月
109
五月
135
六月
119
七月
155
八月
141
九月
111
十月
95
十一月
70
十二月
61
年总辐照量
1207
（二）光伏发电系统系统搭建
按照竞赛提供的施工图纸（见“桌面\竞赛资料\施工图纸”文件夹），以及施工工艺要求，进行规范施工。
施工工艺要求如表3.1.3~3.1.6所示：
表3.1.3接线端子及线标要求
线缆
线径
端子要求
线标要求
RV0.5mm²软线
BVR2.5mm²软线
0.5mm²
2.5mm²
管型
冷压端子
1．使用号码管；
2．按照提供的标识数码有序连接，号码管标识读序合理、正面朝外易于查看，如下图：
3．要求号码管能遮住U型冷压端子的压线钳压痕或遮住管型冷压端子的塑料套管，如下图：
RV0.5mm²软线
BVR2.5mm²软线
0.5mm²
2.5mm²
U型冷压端子
PV1-F2.5mm2光伏系统电缆
2.5mm2
MC4光伏连接器内芯：
金属母头
金属公头
电缆的正负极按线色和MC4插头来区别
表3.1.4走线要求
线缆类别
走线要求
RV0.5mm²软线
BVR2.5mm²软线
软线走线要求线缆平直，就近线槽内走线，适当位置也可使用扎带捆绑，无法满足线槽走线的情况下（长度大于15cm），用缠绕管缠绕或扎带捆紧。
PV1-F2.5mm2光伏专用电缆
光伏组件输出电缆的MC4插头，线缆固定使用扎带捆绑在支架上，走线后将插头预留在台体外侧，方便进行组件组串。
表3.1.5冷压端子制作及剥线要求
接线端子
工艺要求
其他要求
管型
冷压端子
1.接线端需要接入多根导线时，不允许2根及以上导线压一个冷压端子接入，每根导线均必须使用一个冷压端子分别接入。
2.接线端不允许3根及以上导线一起接入。
U型/OT型
冷压端子
MC4
光伏插头
1.剥线钳剥去光伏电缆绝缘皮，保留线芯压线长度8-10mm。
2.金属端子公头和母头压线钳压紧后插入连接器，线芯和MC4连接器适当力度试拔不分离。
3.线芯拨开的绝缘层长度适中，锁紧螺母锁紧后不外露，适当力度无法旋开。
注意：
1、设备安装检测完成后，所有线材都须盖线槽盖。
2、接线耗材的使用要求：
在竞赛现场提供的耗材范围内对耗材进行合理分配及使用，竞赛时不额外提供耗材。
任务二、系统开发与系统调试（59分）
（一）光伏电子设备的开发与调试（15分）
1.离网逆变器触摸屏界面设计
触摸屏功能要求如下：
制作四个界面，一个主界面和三个子界面。
要求在主界面中制作三个按钮控件用于切换到三个子界面；三个子界面分别命名为“设置”、“数据监控”及“逆变控制”，并在每个子界面中制作一个按钮控件置于左下角，控件命名“返回”，此按键功能为返回到主界面。
（1）“设置”界面功能
在“设置”界面制作三个控件，为“声音”、“亮度”、“体验触屏”，图形自定义。
（2）“数据监控”界面设计
“数据监控”界面中制作若干控件，图形自定义，要求显示逆变器输出电压、电流及功率值，电压及功率值要求保留两位小数，电流值要求保留3位小数。
如3.2.1所示。
表3.2.1数码管显示内容示例
文本
数值
输出电压：
220.00
输出电流：
1.000
输出功率：
220.00
注：
上表中的显示内容为示例格式说明，实际显示以任务书要求为准。
（3）“逆变控制”界面设计
①在“逆变控制”界面制作一个文本控件，命名为“输出电压”，文本控件后面制作一个输入框，要求输入范围在100~230V；
②在“逆变控制”界面制作一个按钮控件，命名为“确定”，图形自定义。
2.监控功能开发与调试
（1）触摸屏设置
在“设置”界面要求“声音”控件按下时触摸屏声音关闭，再次按下时声音打开；“亮度”控件按下时弹出亮度调节滑动条，通过滑动滑动条能够改变触摸屏亮度；“体验触屏”控件按下时打开体验触屏功能。
（2）数据采集与显示
采集智能离网微逆变系统的输出电压及电流值，并将采集值发送到触摸屏的“数据监控”界面显示，要求保留两位小数。
（3）输出电压控制
要求在“逆变控制”界面中制作的输入框中输入100~230之间的数值，并且按下“确定”按钮，此时离网逆变器的输出电压变为我们输入的电压值。
当输入电压值超过最大值时，提示“越界，最大值230”，当输入电压低于最小值时，提示“越界，最小值100”。
3.串口通讯功能开发
编写串口通讯程序，通信协议自定义，将离网逆变器的输出电压、电流发送到力控监视界面中显示，使用ASCII码明文实时显示离网逆变器的输出电压及电流（十进制），刷新周期1秒。
注意：
电脑和电路板用USB转TTL的下载器进行连接，为了避免两个电源同时上电产生的冲突，必须严格遵守以下上电顺序：
下载器程序时，首先断开24V电源，程序下载成功后，再断开下载器，接上24V电源，最后再接上下载器。
4.硬件测试要求
选手在调试过程中，按照《光伏电子测量记录表》的要求，对光伏电子设备进行测量及结果记录。
（二）光伏电子工程的本地控制功能开发与调试（20分）
光伏发电系统本地控制系统，采用可编程控制器为控制核心，通过触摸屏进行本地操作控制，具体控制功能要求如下：
1.本地控制触摸屏开发：
触摸屏有3个界面，“首页”、“PLC按键”、“状态显示”，上电后处于“首页”，在登录之后才可进行“PLC按键”、“状态显示”界面循环切换。
除首页外每个界面设有返回按键，按下后能够返回到“首页”界面。
（1）“首页”界面：
在本地控制触摸屏上采取操作等级登录制度，操作工账号登录后仅可进入“PLC按键”界面。
要求操作工账号为：
user，密码为：
12345678；管理员账号登录后可进入“PLC按键”、“状态显示”任意界面；要求操作工账号为：
admin，密码为：
abcd1234。
（2）“PLC按键”界面：
含急停按钮、本地/远程切换开关、K1~K10相关控件，分别对应表3.2.2的本地控制功能。
1 急停按钮采用图3.2.1图标。
按下按钮，执行急停功能且按钮显示为红色；再次按下按钮，急停功能取消且按钮显示为黑色；默认状态为急停按键为未执行状态。
图3.2.1触摸屏控件“急停”按钮示意图
2 本地/远程切换开关采用图3.2.2图标。
按下按钮，执行本地控制功能且按钮显示为左图；再次按下按钮，执行远程控制功能且按钮显示为右图；默认初始状态为本地控制功能状态。
图3.2.2触摸屏控件“本地/远程”切换开关示意图
3 K1~K10采用图3.2.3图标，按下时显示左图，松开后显示为右图；控件需标注对应编号。
图3.2.3触摸屏K1~K10按钮图标示意图
（3）“状态显示”界面：
使用图3.2.4的图标设计状态显示灯，分别显示所有电表、所有传感器、离网逆变器、PLC的通讯状态，若通讯正常显示绿灯，若不正常显示红灯。
图3.2.4触摸屏状态显示灯图标示意图
2.本地控制PLC编程：
要求通过PLC程序开发，结合触摸屏上相应的按键，实现本地控制功能，具体如表3.2.2所示：
3.2.2本地控制功能要求
按钮
功能说明
急停
（1）按下急停按钮，断开PLC所有输出；
（2）再次按下按钮，系统无法恢复到急停前的状态。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。
）
本地/远程
切换开关
该按钮作用为本地控制和远程控制切换，功能要求如下：
（1）按钮为本地控制图标时，触摸屏K1~K10按钮有效，远程控制无效；
（2）按钮为远程控制图标时，触摸屏K1~K10按钮无效，远程控制有效。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能，急停按钮不在此旋钮锁定范围内）
K1
按钮按下：
启动光伏逐日系统自检。
自检要求：
光伏组件自东向西运行，运行到西限位处停止；光源摆杆以最大光强度自东向西运行，运行至西限位处停止。
K2
（1）按钮按下：
启动负载系统测试功能，测试负载功能是否完好。
检测要求：
直流负载以0.5Hz频率占空比80%进行闪烁，闪烁顺序为红灯、黄灯、绿灯、蜂鸣器；循环三次后打开所有交流负载，5秒钟后自动关闭运行检测。
（2）在检测中途按下K2，立即停止检测。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。
）
K3
（1）按钮按下，PCC公共连接点能源输出控制开关通断检测，检测频率为1Hz，检测时长5S，5S后自动停止检测；
（2）在检测过程中再次按下按钮，立即停止检测。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。
）
K4
（1）第一次按钮按下：
打开离网逆变器信号源控制开关；
（2）第二次按钮按下：
关闭离网逆变器信号源控制开关。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能）
K5
（1）第一次按钮按下：
组件进行偏转，角度为自东向西65度；
（2）第二次按钮按下：
组件进行偏转，角度为自东向西115度；
（3）第三次按钮按下：
组件进行偏转，角度为自东向西90度。
（后续按钮自锁，按照上述顺序实现循环。
）
注：
以光伏单轴供电平台所在的水平面为水平基准，光伏组件与水平面平行时为90度，朝向正东为0度，朝向正西为180度。
K6
按钮按下，判断当前光伏侧出力情况，进行离网发电管理：
（1）若光伏侧出力情况满足离网发电系统配置需求，则启动离网发电系统，交流负载运行；
（2）若光伏侧出力情况不满足离网发电系统配置需求，则不启动离网发电系统及任何负载。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。
）
K7
按钮按下，判断当前光伏侧出力情况，进行并网发电管理：
（1）若光伏侧出力情况满足并网发电系统配置需求，则启动并网发电系统，交流风扇运行；
（2）若光伏侧处理情况不满足并网发电系统配置需求，则不启动并网发电系统及任何负载。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。
）
K8
按钮按下，判断当前光伏侧出力情况，启动市电供电管理：
（1）若光伏侧出力情况不满足离并网光伏发电系统配置需求，则启动市电供电，并启动交流灯；
（2）若光伏侧处理情况满足光伏发电系统配置需求，则执行相应的发电方式。
（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。
）
K9
在K6按钮按下，离网逆变器正常工作时：
按下K9，减少当前逆变器输出电压；每按一次K9，输出电压减少5V，减少到190V后，自动断开离网逆变器功率源输入。
K10
按下K10，增加当前逆变器输出电压；
每按一次K10，输出电压增加5V，增加到220V后，自动投入所有交流负载。
注：
上文中“打开XX负载的控制开关”，指仅打开开关，不需要接入能源；“XX负载运行”，则需要接入能源，负载能够运行。
（三）光伏电子工程的远程监控功能开发与调试（16分）
通过计算机及组态软件，设计光伏工程项目的远程控制系统，是指能够实现远程工程项目数据采集、显示与过程控制等功能。
1.登录界面
利用用户管理功能，添加管理员用户的账号及密码（均为abc）；账号密码输入正确，点击登录后，显示顶部窗口，可切换到其它界面。
登录界面需要具用户管理功能要求如下：
（1）增加/删除用户；
（2）修改当前用户登录密码；
（3）注销当前用户。
2.顶部窗口
制作顶部窗口，实现通过顶部窗口切换到操作界面、监视界面、数据报表界面、趋势曲线界面，可以一键退出组态软件；求切换到任意界面时，顶部窗口都能在顶部显示。
3.操作界面
（1）使用图3.2.5左起第一个的控件制作急停按键，具有自复位功能，并实现在任何情况按下按键，立即关闭PLC所有输出。
（2）使用图3.2.5左起第二个的控件制作继电器及接触器按键，实现光伏电站要求独立控制的所有继电器及接触器；为0，假，关时颜色为灰色；为1，真，开时颜色为红色。
图3.2.5急停、继电器及接触器控件
（3）制作开关控件，实现模拟光源“启动”（自东向西运行至西限位）和“复位”（自西向东运行至东限位）功能，控件图标自定义；
（4）制作开关控件，实现对光伏组件向东西方向运行的控制控件，能手动控制光伏逐日系统运行，控件图标自定义；
（5）制作4种发电模式的控制开关并实现相应功能开启，控件图标自定义：
“离网发电系统-蓄电池模式”、“离网发电系统-光伏组件模式”、“并网发电系统-自发自用余电上网”、“并网发电系统-全额并网”。
1 “离网发电系统-蓄电池模式”：
仅蓄电池供电，开启所有能开启的负载；
2 “离网发电系统-光伏组件模式”：
光伏组件供电，开启所有能开启的负载；
3 “并网发电系统-自发自用余电上网”：
所有能开启的负载并能够并网；
4 “并网发电系统-全额并网”：
全额并网。
4.监视界面
（1）利用图库图元绘制光伏发电系统系统框图及光伏逐日系统，要求动态显示光伏发电系统系统的控制开关动作、能源流向、负载的运行、光伏逐日系统的运行及光源的运行，且与设备运行情况一致。
效果请查看“桌面/竞赛资料”文件夹中《2021年“光伏电子工程的设计与实施”任务书图示》。
（2）要求能够实时显示所有交直流电流电压组合采集的电压、电流及计算的功率。
（3）要求能够显示电站的温度、湿度、光照度数据、光源的运行的方向、光伏组件运行的角度及方向（注：
以光伏单轴供电平台所在的水平面为水平基准，光伏组件与水平面平行时为90度，朝向正东为0度，朝向正西为180度）。
5.数据报表界面
（1）通过报表控件能够对直流负载电压、直流负载电流、直流负载功率、交流负载电压、交流负载电流、交流负载功率及光伏输入电压共7个参数进行采集与显示，报表布局合理美观。
（2）制作四个按钮控件，分别为：
“报表查询”、“报表预览”、“报表打印”、“报表导出”，按钮控件能够对报表进行查询、预览、打印及导出。
（3）报表以Excel文件格式导出并保存至“桌面\竞赛答题”文件夹，文件命名为“数据报表+工位号”，例如：
01号工位，保存的数据报表为“数据报表01”。
6.趋势曲线界面
采用实时“趋势曲线”实时显示电能表当前总有功电能、显示光伏测发电电压；时间范围为1分钟，采样周期为1s，界面中必须标注相应参数的单位；
要求趋势曲线具有曲线属性设置、曲线放大、曲线缩小、曲线刷新、曲线打印共计5项功能。
（四）光伏电子工程系统的运行与检测（8分）
在完成电站的搭建及功能开发调试后，对光伏系统进行试运行，并对指定的验收项目进行检测及验收，并把检测验收结果进行记录，形成交接材料。
任务三、区域能源分析与规划（20分）
拟在该岛屿建设由光伏发电、风力发电、浅层地热，生物质发电、蓄能为一体的光伏发电系统系统。
通过光伏发电、风力发电的工程技术参数，分析能源单位面积装机功率；通过耗能需求分析，合理设计能源种类和容量；调试系统使其在供电不足天数、太阳能偏差、太阳能电站选址、太阳倾角偏差、风能偏差、风能电站选址、储能容量及波动、弃电天数、生物质偏差、地热利用率、占地格数等相关参数上综合设计方案最优。
系统设计方案在能源互联网仿真规划平台中实现。
模型为“北海市斜阳岛”“试题1”。
方案设计名称为“工位号”，例如方案名称“01”，表示工位号为01的方案设计。
（一）能源需求分析
根据某岛屿的发展规划，每天实际用能负荷用电变化幅度为10%。
其中提供空调制冷、制热的耗电量为25%（制冷制热能耗全部由浅层地热提供）。
该岛屿年可提供生物质77650吨，每方格占地面积12615平方米。
1.光伏发电产能分析
（1）单位面积光伏电站功率分析
光伏电站电池组件面的面积约占站区面积的35%左右，组件转换效率为16%，工程项目光伏发电系统整机转换率取78%；根据参数要求，在能源互联网仿真规划软件的“方案设计”中，设置单位面积光伏系统容量（KW）。
（2）光伏组件最佳倾角分析
在能源互联网仿真规划软件的“设计详情”中，查询光伏组件最佳日照时长对应的组件倾角。
2.风力发电产能分析
（1）单位面积风机容量选型
工程项目中，风力发电机组按照矩阵布置，技术参数见表3.3.1，同行风力发电机组之间距不小于3D（D为风轮直径），行与行之间距离不小于5D，则在能源互联网仿真规划软件中，单位面积最适合安装表3.3.1中哪种风力发电机型，并把额定功率值填写入“风力容量”中。
表3.3.1技术参数
型号
指标
NEFD-5
KW
NEFD-10
KW
FD10-20
KW
FD5-50
KW
FD10-100
KW
FD20-200
KW
额定功率
5KW
10KW
20KW
50KW
100KW
200KW
启动风速（m/s）
3
3
3
3
3
3
额定风速（m/s）
10
10
12
12
13
13
安全风速（m/s）
40
40
40
50
50
50
风轮直径（m）
6
7.8
10
12.9
15.6
29
（2）单位面积风力发电系统输出功率
所选单位面积风力发电系统输出功率，与等效倍率的1KW风机功率与风速模型关系如下述表达式：
1 当0；
2 当3；
3 当8；
4 当12；
工程项目风力发电系统整机转换率取75%。
3.浅层地热产能分析
浅层地热的产能，仅用于供冷制
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