风光互补发电系统安装与调试大赛.docx

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风光互补发电系统安装与调试大赛

2019年江苏省职业技能大赛

风光互补发电系统安装与调试赛项

样卷

2019年元月

选手须知：

（1）任务书正卷部分共21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。

光伏供电装置的电站移动方向的定义和摆杆移动方向等的定义如图2所示。

图2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、西门子S7-200SMARTPLC、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、西门子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4#组成1号光伏电站，1#、2#、3#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S7-200SMARTPLC、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、西门子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、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、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4所示。

图4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5所示。

图5冷压头压痕位置示意图图6U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6所示。

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时的工艺均参照图4、图5、图6所示。

竞赛任务

任务一：

光伏电站的搭建（27%）

一、搭建光伏电站及电站与系统连接（3分）

图7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7所示。

按照图7所示电路，完成接线。

从光伏电站到系统的连接线须采用0.5mm2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，裸露在外的导线必须经过缠绕管缠绕（风力电站、逆变与负载系统的连接线按此要求）。

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）。

二、光伏供电系统的安装与接线（8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。

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

旋转开关自动挡

2

Q0.1

继电器KA2线圈

24

I0.1

急停按钮

3

Q0.2

继电器KA3线圈

25

I0.2

停止按钮

4

Q0.3

继电器KA4线圈

26

I0.3

启动按钮

5

Q0.4

继电器KA5线圈

27

I0.4

向东按钮

6

Q0.5

继电器KA6线圈

28

I0.5

向南按钮

7

Q0.6

继电器KA7线圈

29

I1.0

向西按钮

8

Q0.7

继电器KA8线圈

30

I1.1

向北按钮

9

Q1.0

继电器KA9线圈

31

I1.2

东西按钮

10

Q1.1

继电器KA10线圈

32

I1.3

西东按钮

11

Q1.2

继电器KA11线圈

33

I1.4

灯1按钮

12

Q1.3

继电器KA12线圈

34

I1.5

灯2按钮

13

Q1.4

继电器KA13线圈

35

I1.6

摆杆西东向限位开关

14

Q1.5

继电器KA14线圈

36

I1.7

光伏组件向北限位开关

15

Q1.6

停止指示灯

37

I2.0

光伏组件向南限位开关

16

Q1.7

启动指示灯

38

I2.1

摆杆接近开关垂直限位

17

1M

0V

39

I2.2

摆杆东西向限位开关

18

2M

0V

40

I2.3

光伏组件向东、向西限位开关

19

1L

DC24V

41

I2.4

光线传感器向南信号

20

2L

DC24V

42

I2.5

光线传感器向北信号

21

43

I2.6

光线传感器向东信号

22

44

I2.7

光线传感器向西信号

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白色

10

I0.1

略

0.3mm2蓝色

34

Q0.1

略

0.3mm2白色

11

I0.2

略

0.3mm2蓝色

35

Q0.2

略

0.3mm2白色

12

I0.3

略

0.3mm2蓝色

36

Q0.3

略

0.3mm2白色

13

I0.4

略

0.3mm2蓝色

37

Q0.4

略

0.3mm2白色

14

I0.5

略

0.3mm2蓝色

38

Q0.5

略

0.3mm2白色

15

I0.6

略

0.3mm2蓝色

39

Q0.6

略

0.3mm2白色

16

I0.7

略

0.3mm2蓝色

40

Q0.7

略

0.3mm2白色

17

I1.0

略

0.3mm2蓝色

41

Q1.0

略

0.3mm2白色

18

I1.1

略

0.3mm2蓝色

42

Q1.1

略

0.3mm2白色

19

I1.2

略

0.3mm2蓝色

43

Q1.2

略

0.3mm2白色

20

I1.3

略

0.3mm2蓝色

44

Q1.3

略

0.3mm2白色

21

I1.4

略

0.3mm2蓝色

45

Q1.4

略

0.3mm2白色

22

I1.5

略

0.3mm2蓝色

46

Q1.5

略

0.3mm2白色

23

I1.6

略

0.3mm2蓝色

47

Q1.6

略

0.3mm2白色

24

I1.7

略

0.3mm2蓝色

48

Q1.7

略

0.3mm2白色

（1）继电器的布线与接线

图8光伏供电系统继电器控制电路接线图一

图9光伏供电系统继电器控制电路接线图二

（2）将PLC226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8、图9。

其中继电器KA1用于控制摆杆由西向东运动及西东运动指示灯；继电器KA2用于控制摆杆由东向西运动及东西运动指示灯；继电器KA3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KA4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北偏转及向北偏转指示灯；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用于控制制变频器及电机负载运行。

（3）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。

三、光伏电站的特性测试测试（5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下列各测试数据除开路点以外，其余数据均来源于任务四监控与能源管理系统中光伏电站特性曲线界面中实时采集的数据。

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1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1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。

四、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。

一）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4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4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4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4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4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4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4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4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。

（9）PLC处在手动控制状态时，按下触摸屏上电站负载调试界面的按钮控件，对应负载或电站运行4秒；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；将上位机逆变与负载系统的监控界面中的负载调试面板上的旋钮控件旋至启动状态，对应负载运行，旋至停止状态，对应负载停止。

二）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。

说明：

（1）在上位机的风光互补发电系统运营管理界面上，按下界面中光伏供电系统的面板操作控件，也能完成相应的手动和单循环控制。

（2）电机负载在调试时，不经变频器面板操作，能以工频运行。

五、光伏供电系统的电路图绘制与分析（3分）

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。

任务二:

风电场的搭建（18%）

一、风力电站与系统连接（2分）

图10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10所示。

接线要求同光伏电站的相关要求。

二、风力电站安装与接线（5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。

2．西门子S7-200SMARTPLC的布线及接线

西门子S7-200SMARTPLC的输入输出配置如表3所示。

根据表3西门子S7-200SMARTPLC的配置，完成西门子S7-200SMARTPLC的布线与接线，接线的线径和颜色要求见表4。

表3S7-200SMARTPLC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

顺时按钮指示灯

15

I0.0

风速检测信号

2

Q0.1

逆时按钮指示灯

16

I0.1

侧风偏航90°到位开关

3

Q0.2

停止按钮指示灯

17

I0.2

侧风偏航45°到位开关

4

Q0.3

启动按钮指示灯

18

I0.3

侧风偏航初始位开关

5

Q0.4

恢复按钮指示灯

19

I0.4

风场机构顺时到位开关

6

Q0.5

侧风偏航按钮指示灯

20

I0.5

风场机构逆时到位开关

7

Q0.6

继电器KA15线圈

21

I0.6

顺时按钮

8

Q0.7

继电器KA16线圈

22

I0.7

停止按钮

9

Q1.0

继电器KA17线圈

23

I1.0

侧风偏航按钮

10

Q1.1

继电器KA18线圈

24

I1.1

恢复按钮

11

1M

0V

25

I1.2

急停按钮

12

2M

0V

26

I1.3

逆时按钮

13

1L

+24V

27

I1.4

启动按钮

14

2L

+24V

28

I1.5

旋转开关自动挡

表4S7-200SMARTPLC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白色

8

3L

略

0.3mm2红色

24

Q0.1

略

0.3mm2白色

9

I0.0

略

0.3mm2蓝色

25

Q0.2

略

0.3mm2白色

10

I0.1

略

0.3mm2蓝色

26

Q0.3

略

0.3mm2白色

11

I0.2

略

0.3mm2蓝色

27

Q0.4

略

0.3mm2白色

12

I0.3

略

0.3mm2蓝色

28

Q0.5

略

0.3mm2白色

13

I0.4

略

0.3mm2蓝色

29

Q0.6

略

0.3mm2白色

14

I0.5

略

0.3mm2蓝色

30

Q0.7

略

0.3mm2白色

15

I0.6

略

0.3mm2蓝色

31

Q1.0

略

0.3mm2白色

16

I0.7

略

0.3mm2蓝色

32

Q1.1

略

0.3mm2白色

3.继电器组的配置、布线与接线

图11风力供电系统继电器接线图

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

继电器组的接线见图11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）。

三、风力发电机的特性测试（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