技能大赛 高职 正式赛卷 光伏电子工程设计与实施 参数要求2xg.docx

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技能大赛高职正式赛卷光伏电子工程设计与实施参数要求2xg

2017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

竞赛参数要求

参数一工程项目设计要求

1.工程环境平台设计要求

1.1分布式能源系统设计

智慧新能源实训系统的分布式清洁能源包括风力发电和光伏发电；风力发电由风机1电站和风机2电站组成，要求独立可控；光伏发电由地面光伏电站和屋顶光伏电站两种组成，要求每种光伏电站均可实现独立可控。

1.2模拟环境设计

1.2.1手动控制

将力控“操作界面”中的自动/手动模式开关切换至手动位置，进入手动控制模式。

按下力控“操作界面”中的直流负载1（频闪警示灯）、直流负载2（大功率瓷盘圆盘可调变阻器）、逆变器输入、交流负载1（固定式LED灯）、交流负载2（微型交流异步电动机），蓄电池、风力发电1、风力发电2、地面电站、屋顶电站、风光互补控制器的市电供电及输出按钮中的一个或多个，能分别有效。

模拟光源强度要求在“0-100%”可调，模拟太阳运行轨迹包括启动（自东向西运动到西限位开关处），复位（自西向东运动到东限位开关处），停止等，要求独立可控；模拟风机风量从“0-100%”可调。

1.2.2自动控制

将力控“操作界面”中的“手动/自动”模式开关切换至自动位置，进入自动控制模式。

按下力控“操作界面”中的“启动”按钮，灯杆回到东限位开关位置，环境模拟平台按以下步骤自动运行：

（1）模拟光源打开，强度初始值设定为20%，关闭模拟风机，光源灯杆复位，3s后，模拟太阳运行轨迹，当灯杆处于中心垂直位置时，灯杆停止。

（2）等待3s，直流负载2导入工作，模拟光源强度以每秒增加10%的速度上升到70%，等待2秒，导入交流负载2并使其工作，模拟风机风量从0开始以每秒增加10%的速度上升到60%，等待2s，关闭交流负载2，模拟风机风量从60%开始以每秒减少10%的速度下降到0，关闭直流负载2，模拟光源强度以每秒减少10%的速度下降到20%，重复

（2）的过程。

（3）将力控操作界面中的“手动/自动”模式开关切换至手动位置或者关闭K10键时停止自动控制。

（4）环境数据采集。

工程环境模拟平台中的光照强度、温度、湿度、风速等参数，要求实现采集并能远程显示。

2.光伏电子中心控制平台设计要求

2.1分布式能源控制要求

能实现全部分布式清洁能源电站（包括风力发电和光伏发电）的导入，要求可独立控制；能实现常规能源中储能（蓄电池）、市电（导轨电源）的导入，要求可独立控制；

2.2智能控制器设计

风光互补控制器实现光伏、风力发电的能源转化与输出控制；逆变器实现风光互补控制器输出的直流电能到交流电能的转化；直流电能输出与交流电能输出独立可控；

2.3负载设计

负载由2种直流负载和2种交流负载组成，要求实现每种负载独立可控；

2.4数值显示及数据采集

在本地控制中，通过测量仪表可以显示直流负载端电压和电流，交流负载端电压和电流，屋顶光伏、地面光伏电站输出电压和电流，各风力电站的输出电压和电流；在远程控制中，可实现直流负载电压与电流，交流负载电压与电流的数据采集及显示。

参数二工程电气接线图绘制

要求在提供的图框里，用AutoCAD块文件绘制下列工程图且对文件命名如下：

1.微电网系统图；

2.PLC（包括扩展模块）与所有继电器、8个测量仪表的接线图。

图框及AutoCAD块文件存放地址：

电脑桌面，文件夹名称：

《瑞亚CAD绘图》

参数三本地控制与PLC设计

各手动按键功能要求如表1所示。

表1手动按键功能要求

按键

功能说明

急停

关闭工程环境模拟平台的风机、光源；停止模拟灯杆运行；关闭所有分布式能源和常规能源导入；关闭风光互补控制器和逆变器；关闭所有负载；

复位

关闭所有继电器

K1

按键有效，风光互补控制器输入，逆变器输入导入工作

K2

按键有效，直流负载2导入工作

K3

按键有效，风力电站1和风力电站2导入风光互补控制器

K4

按键有效，所有交流负载导入工作

K5

按键有效，模拟灯杆“启动”，此时灯杆向西运行，到“西限位开关”处停止，在此过程中松开K5按键，模拟灯杆立刻停止

K6

按键有效，模拟灯杆“复位”，此时灯杆向东运行，到“东限位开关”处停止，在此过程中松开K6按键，模拟灯杆立刻停止

K7

按键有效，模拟光源打开，光源强度初始值为“80%”

K8

按键有效，模拟风机启动，风机风量初始值为“80%”

K9

在K7按键有效的状况下按K9键，模拟光源强度每2s变化10%，从80%开始上升到100%，等待2s，再从100%减少到0，等待2s，再上升至80%，循环往复，要求光源强度明显变化、力控界面中光源强度实时显示，松开K9光源强度保持不变；

在K8按键有效的状况下按K9键，风机风量每2s变化10%，从80%开始上升到100%，等待2s，再从100%减少到0，等待2s，再上升至80%，循环往复，要求风机风量明显变化、力控界面中风机风量实时显示，松开K9风机风量保持不变。

K10

手动/自动模式切换，按键有效，切换至自动工作模式，实现力控软件自动控制功能

参数四单片机控制模块功能设计

1.风光互补控制器程序设计

在满足上述参数一、二、三的基础上，再实现如下功能：

1.1自动运行互补逻辑

（1）风光输入足够时，能源转化后不足以驱动负载，开关电源作为市电补偿供电，能源转化后输出给负载供电，若有余量则给蓄电池充电，蓄电池充电有效。

（2）如果风光输入不足，开关电源不供电，开关电源（市电）指示灯不亮，蓄电池单独供电，蓄电池放电指示灯有效。

（3）当负载过大，风光能源和开关电源（市电）能量不足时，蓄电池充电停止，且蓄电池帮助供电。

1.2数码管显示

（1）循环显示太阳能整流输入电压（A），风电整流输入电压（F），蓄电池组端电压（b）三组电压值。

（2）每页显示2秒。

格式为XYY.Y。

X为类型码（A/F/b）。

YY.Y为电压值，单位伏特。

（当低于10.0V时，最高位数字0消隐）

（3）要求标校显示值与端子排J5对应采样点的实际测量值（用万用表测量）一致。

1.3二极管指示灯显示要求

D9，D10，D11（对应于下发的任务书图1.6中LED5、LED3及LED4）应该能够工作在熄灭、点亮和周期闪烁三种方式，要求如表2所示。

其中闪烁方式要求相应的LED应能够实现亮0.5秒，灭0.5秒的交替亮灭指示。

表2LED控制要求

指示灯

熄灭

点亮

周期闪烁

D9

无市电接入

----

市电接入

D10

无风光电接入

风、光电任一路接入

风、光电全接入

D11

----

蓄电池放充电

蓄电池放电

（1）市电状态灯为D9，市电有效时闪烁。

（2）风光状态灯为D10，风电、光电任一路有效时点亮，风电、光电全接入闪烁。

（3）蓄电池指示灯为D11，蓄电池充电点亮，蓄电池放电闪烁。

2.电路板装配及功能调试

任务要求：

逐日控制器的原理图、装焊图（纸质文件下发，）和元器件清单（纸质文件下发）参见附件（电子稿现场同步U盘下发）“瑞亚光伏逐日系统原理图及PCB丝印V2.1.PDF”和“瑞亚光伏逐日系统BOM2.1.PDF”文件，并完成逐日控制器PCB元器件焊接。

2.1硬件焊接装配要求

根据现场下发的“瑞亚光伏逐日系统原理图及PCB丝印V2.1.PDF”、装焊图和元器件清单，将选取的电子元器件及功能部件正确地装配在现场下发的印制电路板上。

要求：

元器件焊接安装无错漏，元器件、导线安装及元器件上字符标示方向均应符合典型工艺要求；电路板上插件位置正确，接插件、紧固件安装可靠牢固；线路板和元器件无烫伤和划伤处，整机清洁无污物。

装配完成的《光伏逐日系统》，在检查无短路等现象以后，正确接入24V直流电压，在未连接其他外设的测试条件下，若电路板装配正确则其电源供电电流不应超过0.2A（利用导轨电源供电，串接数字万用表进行检测）。

然后按照图1所示完成接插件装接并装入逐日系统，完成相应测试要求和代码编写及功能调试。

图1硬件接线图

2.2硬件测试要求

测量并记录C5和C9两端的电压，所装配电路板的静态工作电流，填入表3（同步填入竞赛现场下发的硬件测量记录表）：

（选手装配完成电路板并测试后，若功能正常，需将所装配的电路板替换现场下发的逐日系统中的原厂电路板完成后续竞赛任务，若功能不正常，可以使用原厂电路板完成后续竞赛任务，但将酌情扣分。

）

表3硬件测量记录

静态电流（测量方法见装配压要求）

电容C5端电压

电容C9端电压

2.3功能程序代码编写

2.3.1上电复位

系统接通电源，光电池板运行到水平状态（水平状态为0°位置）。

等待3秒后，电池板向南运行，运行至向南倾斜45°，动作持续时间为3秒。

电池板再向北运行90°，动作持续时间为6秒，等待3秒后再回到水平状态，动作时间为3秒。

2.3.2按键技术要求

按键S1有作多模式切换功能（S1作为功能键用，不作为系统复位按键使用！

），并把各种模式下的舵机角度信息发送到STC-ISP软件的串口助手进行显示。

技术参数如下：

（1）按键S1按第一下，“东”指示灯点亮，此时逐日系统用太阳能电池电压实现光伏逐日系统在2个维度跟踪太阳光运行，跟踪角度分辨率1°，跟踪精度±2°。

（2）按键S1按第二下，“北”指示灯点亮，此时逐日系统用光敏传感器DO口实现光伏逐日跟踪系统在2个维度跟踪太阳能光运行，跟踪角度分辨率1°，跟踪精度±2°。

（3）按键S1按第三下，“南”指示灯点亮，系统按键复位，光电池板运行到水平状态（水平状态为0°位置）。

等待3秒后，电池板向东运行，运行至向东倾斜45°，动作持续时间为3秒。

电池板再向西运行90°，动作持续时间为6秒。

等待3秒后再回到水平状态，动作时间为3秒。

（4）按键S1按第四下，系统又回到按第一下时，如此循环。

注意说明：

电脑和板子用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，这里声明一个上电顺序的要求：

下载器程序的时候，先把24V电源断开，程序下载完成后，再断开下载器，接上24v电源，最后再接上下载器（这里的下载器就是板子和电脑进行通讯的线）。

逐日跟踪时（不包括上电复位和按键复位）舵机南北转角不得超过20°。

2.3.3串行口通讯

编写串口通讯程序，通信协议自定义，用STC-ISP软件的串口助手对光伏逐日系统采集和控制数据进行监测，ASCII码明文实时显示东西向和南北向两个舵机的角度（十进制），刷新周期1秒。

例如：

东：

90°北：

30°

表示东西舵机位置东偏西90°，南北舵机位置南偏北30°。

参数五远程控制与系统运行

1.远程监控系统设计体系

远程监控系统包括登录界面、监视界面、操作界面、数据报表和微电网系统运行五个窗口。

要求每个界面的界面名称定义要求按上述规范命名，所有在版面上出现的相关按钮控件、位置控件、指示灯控件、菜单、图表、曲线等名称和单位（名称必须用中文标识，单位用英文标识）。

所有窗口界面背景色为浅灰色。

在“操作界面”中设计一个秒表，执行相关任务若需要计时，则秒表从任务开始时从0开始计时，直至任务完成，任务完成后秒表自动复位。

除登录界面外，其他每个界面设置树形窗，实现各个界面切换。

任意窗口均设置“退出系统”构件，点击后实现退出系统功能。

除登录界面外，其他窗口正上方应有系统名称“光伏电子工程的设计与实施”。

监控系统运行时，所有窗口左上方不得出现力控菜单栏。

2.登录界面

用户通过输入用户名和密码进行登录，用户名为“日期+工位”组成（如10日，则为1001），原始密码和用户名相同，管理员登录名为“admin”，管理员密码为“123456”，只有用户名和密码输入正确，点击“进入系统”才能进入登录，密码错误则显示“密码错误，请重新输入密码”，三次输入错误密码以后系统锁死，只有管理员登录并且管理员密码正确才能登录系统。

3.监视界面

3.1实时显示交流负载电压与电流、直流负载电压与电流、直流负载功率、交流负载功率、风机1输出电压与电流、风机1输出功率、风机2输出电压与电流、风机2输出功率、地面光伏电站输出电压与电流、地面光伏电站输出功率、屋顶光伏电站输出电压与电流、屋顶光伏电站输出功率、光照强度、风速、温度、湿度等参数，标注相关单位；上述采集数据必须放至于圆角矩形框内（矩形框背景填充色为黄色，边线为黑色，宽度为2）。

3.2监视画面实时显示直流负载功率、交流负载功率、风机1和风机2输出功率的曲线图，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，曲线模板采用实时“趋势曲线”。

4．操作界面

4.1制作开关控件，实现工程环境平台设计要求独立控制所有继电器；

4.2制作开关控件，实现模拟光源光强和模拟风机风量的调节；

4.3制作开关控件，实现“参数三、本地控制与PLC设计”的所有手动按键功能；

4.4开关控制按键采用图库中第三行第二列的按钮（顶部标有“LABEL”）；

针对管控中心平台上的12个开关按钮，制作相应的状态指示灯，指示灯放置于开关按钮面板的右下角，指示灯选用“组件”中的第一行第一列（001号），“手动/自动”切换按钮选用开关“组件”中第一行第四列（004号），能完成自动控制功能。

5.数据报表

在灯杆处于中间垂直位置、模拟光源强度为100%、风机出风量为100%时候，制作对下列9个参数：

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、风机1输出电压、风机1输出电流、风机1输出功率进行查询、预览、打印、输出功能的报表，每隔1秒读取一组数据，以Excel文件格式导出并保存至“D：

\日期+工位号”文件夹下，以“数据报表+工位号”命名，例如：

6月4日，05号工位，应在D盘根目录建立文件夹“060405号工位”，保存的数据报表为“数据报表05”。

数据报表中仅保存10组不同时刻读取的数据。

6.微电网系统运行

在力控“操作界面”中，制作“微网系统”按键；“微网系统”按键有效：

模拟光源处于“下午16点”状态（模拟光源灯杆摇臂与工程环境模拟平台夹角为150°），光照强度为40%，风机风量保持60%；所有分布式能源投入工作，所有负载导入并工作。

参数六区域能源分析与规划

能源互联网仿真规划模型为“舟山东福山岛”“模型10”。

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。

1.能源需求分析

某岛屿地形图如图2所示。

图2岛屿地形图

根据某岛屿的发展规划，预计海岛每天平均总耗电约为71680KWh，每天实际用能负荷用电变化幅度为30%。

其中提供空调制冷、制热的耗电量为25%。

该岛屿年可提供生物质8200吨。

2.光伏发电产能分析

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20%，工程项目光伏发电系统整机转换率取80%；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），设置方式如图3所示。

图3光伏容量设置

3.风力发电产能分析

3.1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4，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4中哪种风力发电机型，并把额定功率值填写入“风力容量”中，设置方式如下图所示。

图4风力容量设置

表4技术参数

型号

指标

NEFD-5

KW

NEFD-10

KW

FD10-20

KW

FD5-50

KW

FD10-100KW

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

3.2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80%。

4.浅层地热产能分析

浅层地热系统采用水平单沟双地热能电站，每天单位面积地热产生的能量为1656kwh。

5.生物质产能分析

单位面积生物质电站每天消耗生物质约为2.5吨；生物质电站每天单位面积产生的能量为4320kwh。