2023年全省职业院校技能大赛中职组电子与信息类“分布式光伏的装调与运维”赛项样题

2023年全省职业院校技能大赛中职组电子与信息类“分布式光伏的装调与运维”赛项样题1任务一、光伏电子工程的设计与开发（39分）（一）能源分析与系统设计（14分）1.区域能源分析与排布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“场次+工位号”，例如方案名称“0201”，表示第二场工位号为01的方案设计。岛屿地形图如图1所示。第5、第3和第4三个LED指示灯）应该能够工作在点亮、熄灭及闪烁三种方式，要求如表6所示。表6LED控制要求指示灯点亮熄灭闪烁D9风能/光能都接入无风能/光能接入风能/光能任意一种能源接入D10蓄电池放电—蓄电池充电D11市电接入无市电接入—2.光伏逐日系统功能开发调试一二卮MJll一二卮MJll*一L一r/4图6光伏逐日系统接线示意图太阳能电池板接线:X0-北+XL太阳能电池板接线:X0-北+XL系YO-西+Y1-东+GNO—东南西北-24V供电光敏模块接线:RIN1-北DORIN2-用DORIN3-西DORIN一东DO接鸵机2图7光伏逐日系统控制板硬件实物图光伏逐日系统功能要求包含光伏逐日系统的运行模式、按键技术要求LED显示要求，具体要求如下：（1）光伏逐日系统运行模式模式1（引导逐日，默认模式）：光伏逐日系统主动跟踪光源，此时光伏逐日系统用太阳能电池板电压实现光伏逐日系统在东、西、南、北4个方向跟踪光源运行，跟踪角度分辨率1°,跟踪精度±2。，最大跟踪角度为东、西、南、北各60°；模式2（手动逐日）：通过PLC及开关按钮盘控制光伏逐日系统能够向东、向西运行，最大跟踪角度为东西各60°；模式3（主动逐日）：光伏逐日系统主动运行（无需开启光源），此时光伏逐日系统先复位（光伏逐日系统面板垂直向上），再运行至正东方向45°位置，等待3秒后再向西运行至正西方向45°位置，动作时间＞10秒；到达西方向450位置后等待3秒，再由西向东运行45°,等待3秒；如此来回往复运行，最大跟踪角度为东西各45°。（2）按键技术要求按键S1用作多模式切换功能（S1作为功能键用，不作为系统复位按键使用！）。技术参数如下（其中短按为＜1秒，长按为＞1秒）：光伏逐日系统上电后，默认运行在模式1。按键S1短按第一下，“东”指示灯点亮，此时逐日系统运行在模式2；按键S1短按第二下，“北”指示灯点亮，此时光伏逐日系统运行在模式3；按键S1短按第三下，“西”指示灯点亮，此时光伏逐日系统运行在模式1;按键S1短按第四下，光伏逐日系统执行S1第一次按下的功能，如此循环。按键S1长按，“南”指示灯点亮，此时光伏逐日系统复位（光伏逐日系统面板垂直向上）。等待2秒，光伏逐日系统向北运行至正北方向60°,等待2秒后，向南运行至正南方向60°,等待2秒后回到水平位置。（3）串口通讯编写串口通讯程序，通信协议自定义，将当前光伏逐日系统的方位及角度信息发送到力控监视界面中显示，使用ASCII码明文实时显示光伏逐日系统方位及角度（十进制），刷新周期1秒。例如：E：60°,表示光伏逐日系统处于东方向60°。注意事项说明: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。3.硬件测试要求选手在调试过程中，按照现场下发的纸质资料-竞赛答题卡《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。（三）微电网管控系统功能的开发（15分）L微电网本地控制功能开发通过开关按钮盘上的手动按钮及PLC编程实现微电网站端的控制功能。光伏电子中心控制平台的手动按钮布局示意图如图8所示，站端控制功能要求如表7所示。急停复位K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10图8手动按钮布局示意图表7站端控制功能要求按钮功能说明光伏系统本地控制急停按下急停按钮，关闭光伏系统所有功能；向左旋转急停按钮，系统不可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。）复位该按钮作用为本地控制和远程控制切换，功能要求如下：复位旋转按钮转到左侧，切换到本地控制模式，K1~K1O按钮有效；复位旋转按钮转到右侧，切换到远程控制模式，Kl-KlO按钮无效。（急停按钮不在此开关锁定范围内。）KIK1第一次自锁，启动直流负载开关自检：需要直流负载开关按照2Hz频率，依次循环运行直流红灯开关、直流黄灯开关、直流绿灯开关，运行时只开启一个负载开关；K1第一次解锁，关闭以上所有功能；（自检过程中按下K1,自检不会中断；未要求关闭的负载、开关不关闭。）K2K2第一次自锁，启动交流负载开关自检：需要交流负载开关按照1Hz频率，依次开启交流红灯开关、交流黄灯开关、交流蓝灯开关；K2第一次解锁，需要交流负载开关按照0.5Hz频率逆序关闭。（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能；未要求关闭的负载、开关不关闭。）K3K3第一次自锁，启动光源摆杆自检：光源摆杆自东向西进行东西循环运行，每运行到西限位，摆杆停止2s再向东运行；每运行到东限位，摆杆停止3s再向西运行；K3第一次解锁，关闭以上所有功能。（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。）K4K4第一次自锁，打开逆变器输入开关；K4第一次解锁，关闭逆变器输入开关；（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。）K5K5第一次自锁，模拟光源打开，光源强度初始值为“60%”；K5第一次解锁，模拟光源关闭；（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。）K6K6第一次自锁，鼓风机打开，鼓风机出风量初始值“50%”；K6第一次解锁，鼓风机关闭。（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。未要求关闭，已开启的负载不关闭。）K7K7第一次自锁，模拟光源开启，光源强度初始值为“80%”；若风机运行，则光源强度与鼓风机出风量进行自主调节，保持出风量和光源强度总和在100%。K7第一次解锁，关闭以上所有功能。（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。）K8K8第一次自锁，打开所有风力电站控制开关；K8第一次解锁，打开所有光伏电站控制开关；K8第二次自锁，打开导轨电源控制开关和蓄电池控制开关；K8第二次解锁，关闭以上所有功能。（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能；未要求关闭的负载、开关不关闭。）K9K9第一次自锁，打开导轨电源控制开关；K9第二次自锁，打开蓄电池控制开关；K9第二次解锁，关闭导轨电源控制开关和蓄电池控制开关；（后续按钮自锁，按照上述顺序实现相关功能。）K10K10第一次自锁，启动光源摆杆运行方向进行监控：当光源摆杆向东运行时，直流绿灯闪烁；当光源摆杆向西运行时，直流绿灯常亮；K10第一次解锁，关闭以上所有功能。（后续按钮操作，按照上述顺序实现相关功能。）注:L上文中“打开XX负载开关”,指仅打开开关,不需要接入能源;“XX负载运行/常亮/亮/闪烁〃,则需要接入能源,负载能够运行。2.KI~K10按钮的初始状态均未执行任何功能。2.微电网远程监控功能的开发此阶段选手作为电气工程师，须通过计算机，在组态软件上进行微电网离网和并网的远程监控功能的开发，实现系统的数据采集、显示与过程控制等功能。具体远程监控功能如下：（1）登录界面远程监控系统运行后，首页为登陆界面。创建两个用户账户，用户等级分别为“操作工级”与“系统管理员级”，操作工级用户的账号为abc,密码为123；系统管理员级用户的账号为admin,密码为123456。自动判断密码正确，若账号密码正确，则打开“操作界面”并使顶部窗口中按钮可操作；若账号密码错误则弹窗提示“账号或密码错误X次”，若密码错误5次，则锁定该账号并退出远程监控系统。账号锁定后无论账号密码正确与否，登录一律弹窗提示“账号锁定”，无法登录；界面中设有6位随机验证码显示、“解锁”按钮和“刷新”按钮，账号锁定后输入正确验证码，点击“解锁”按钮可清空密码错误次数和解锁账号，点击“刷新”按钮可刷新验证码。(2)顶部窗口顶部窗口能在任意界面中显示(包括登录界面)；顶部窗口显示远程系统登录的用户名和密码；顶部窗口记录远程系统登录后的运行时间，时间格式为“XX分XX秒”；顶部窗口中制作一键退出控件，能够实现一键退出远程监控系统,当退出监控系统时将关闭PLC所有输出；顶部窗口中使用指定图标制作界面切换控件，能实现在除登录界面以外所有界面进行界面的切换，使用图9控件。树形菜单图9远程监控系统界面切换控件(3)操作界面操作界面中可对光伏系统中所有继电器进行控制，具体控制内容见操作盘按钮功能。使用图10控件图标制作急停控件，按下PLC停止所有输出显示红色，松开按钮急停复位显示绿色。图10急停按钮图图图11操作盘按钮控件图使用“文本输入控件”设置控制模式，控制模式分为“正常作业”和“调试作业二“正常作业”和“调试作业”两个模式的控件不能同时显示和工作。当处于“正常作业”模式时，可以通过使用如图11控件图标制作的5个按钮控件实现相关功能，开启时显示左图，关闭时显示右图,按钮功能与“光伏系统本地控制”中K「K5功能一致。效果如图120图12“正常作业”模式效果图当处于“调试作业”模式时，通过使用如图13控件图标实现对光伏电子中心管控平台的所有继电器的控制，开启时显示左图，关闭时显示右图；通过使用如图14控件图标实现对模拟光源强度和鼓风机出风量的调节，图标；自定义控件图标，实现模拟光源的东西循环运行功能；自定义控件图标，实现按下后智慧新能源控制系统开始微电网系统运行（功能与K10功能一致）。整体效果如图15。ML.>■Kt光■拔行桥&I图13ML.>■Kt光■拔行桥&I~11■响^»：nimn]jj|>CM同系依运行按露图15“调试作业”模式效果图(4)监视界面制作文本输入控件，能选择显示设备上所有的电表和环境传感器;制作显示框，要求仅显示文本输入框中被输入对象的曲线数据：实时显示三相智能电流电压组合表上的所有电压、电流的数值，并标注的正确单位；实时显示单相电压电流组合表的电压、电流的数值，并标注的正确单位；实时显示环境传感器的光照度、温度、湿度和风速的数值，并标注的正确单位。曲线时间范围为1分钟，采样周期为1s,多Y轴显示，界面中必须标注相应参数的单位，当前数据小数位与设备上有显示数值的小数位一致。效果如图16所示。制作一个按钮，能实现当前曲线的停止刷新和开始刷新的切换,停止刷新时显示右图，开始刷新后显示为左图。效果如图17所示。图1岛屿地形图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%o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10036吨，每方格占地面积2500平方米。（1）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34%左右，组件转换效率为17%,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2所示：图2光伏容量设置光伏组件最佳倾角分析：在仿真规划软件的“设计详情”中,图16监视界面选择不同器件案例演示曲线停止刷新 曲线开始刷新图17监视界面曲线刷新按钮演示（5）记录界面使用专家报表控件，记录环境平台环境参数，表头包含“时间”、“光照度”、“温度”、“湿度”、”风速二显示的数值保留一位小数,并带有正确单位。当显示的数据为0时，报表中添加的数据显示为“Null”。任务二、光伏电子工程的实施与调试（一）工程部署与安装（30分）此阶段选手作为施工人员，要求建设离网光伏系统、并网光伏系统两个光伏工程。请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8、表9、表10所示：表8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0.5mm22.5mm2管型冷压端子.使用号码管；.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：RV0.5的2软线BVR2.5廊2软线0.5mm22.5mm2U型冷压端子 Ixio|C j]xio1 3.要求号石压线钳压痕料套管，如। 1 1当管能遮或遮住亳下图：住U型冷压端子的手型冷压端子的塑1 表9走线要求线缆类别RV0.5mm2软线线缆类别RV0.5mm2软线BVR2.5加2软线软线走线要求线缆平直，就近线槽内走线，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。表10冷压端子制作及剥线要求接线端子工艺要求管型冷压端子U型/0T型冷压端子其他要求.每根导线须使用冷压端子接入器件端口；.当一个器件端口需要接入多根导线时，须使用专用的并线端子；不允许2根及以上导线并入一个非并线端子。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。（二）系统调试与运行（20分）此阶段选手作为工程调试人员，使用光伏电子工程的设计与开发阶段开发的程序，结合施工图纸（见“桌面'竞赛资料'施工图纸”文件夹），对已建设好的光伏工程进行功能调试，实现光伏系统的整机运行及能源综合利用。.光伏电子设备的调试光伏电子设备接入到光伏系统后，完善调试程序，使光伏电子设备能实现在光优系统中的运行及对外通讯功能。.微电网站端监控功能的调试下载PLC工程文件到可编程控制器中，并按照微电网站端监控功能的要求进行调试，实现光伏系统的站端监控功能。.微电网远程监控功能的调试按照微电网远程监控功能的要求进行调试，实现光伏系统的站端监控功能。调试完成后，在电脑桌面创建“远程监控系统”应用程序，运行后可直接进入相应的远程监控系统。（三）工程竣工验收（6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，填写至《工程竣工验收表》中，形成交接材料。（四）三职业规范与安全生产（5分）参赛选手在竞赛全过程都需保持职业规范、安全规范、工作计划及团队合作等方面的职业素养表现。.选手在作业过程中必须佩戴安全帽。.工作完成后保持竞赛工位、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。.团队分工明确，协调作业。.选手在作业过程中，爱护及正确使用设备、工具、仪表仪器需符合职业岗位规范要求。.选手在竞赛过程中安全用电规范。.选手在竞赛过程中遵守纪律及规则，对裁判及工作人员的尊重。查询光伏组件最佳日照时长对应的组件倾角，设置方式如图3所示:图3最佳倾角设置(2)风力发电产能分析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，设置方式如图4所示。表1技术参数\^号指NEFD-5KVNEFD-10KWFD10-20KWFD5-50KVFD10-100KWFD20-200KW额定功率5KW10KW20KW50KW100KW200KW启动风速(m/s)333333额定风速(m/s)101012121313安全风速(m/s)404040505050风轮直径(m)67.81012.915.629图4风力容量设置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：当0<X<3时，当3<X<8时，-(404.24-286.77X*60.51A-23LV).当8<X<12时，+I15.45A^-5.85A1).当12<X<14时，v)-(33.644.711.44X-85.7U2.83X').工程项目风力发电系统整机转换率取80%。(3)浅层地热产能分析浅层地热的产能，仅用于供冷制热耗能，不直接产生常规电力。本项目中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3150kWh。根据区域能源需求说明，结合浅层地热系统的产能参数，在设计方案中进行浅层地热选址和容量规划。(4)生物质产能分析本项目单位面积生物质电站每天消耗生物质约为1.37吨；生物质电站每天单位面积产生的能量为1643kWho根据区域能源需求说明，结合生物质系统的产能参数，在设计方案中进行浅层地热选址和容量规划。（5）区域能源综合规划与优化储能可采用多种储能方式（如飞轮储能，蓄水储能，电池储能等）相结合，用户设计储能时只需根据项目设置储能的容量大小即可，无需考虑效率转换问题和存储方式。储能系统容量设置合适，满足负荷变化要求，储能总容量小于10倍的平均每天耗电量；储能设置后，初始值为50%的能量存储。区域能源规划时，光伏发电容量与风力容量（功率）比例范围为0.2〜5范围之间；在规划平台中土地类型有工业用地、公共事业用地、荒地、农业用地、商业用地、住宅用地、其他等。根据区域土地使用要求，各能源站址选择如表2所示。表2能源站址选择序号土地类型用途1工业用地生物质、地热、储能站2公共事业用地事业用地3荒地光伏发电、风能发电、生物质、地热、储能站4农业用地光伏电站、风能发电5商业用地商业用地6住宅用地住宅用地7其他光伏发电、风能发电、生物质、地热、储能站2.光伏电子工程的系统设计(1)项目概况项目地位于兰州，本项目采用拟采用定制光伏组件4块，安装方式为固定在单轴逐日支架上，光伏组件详细参数详见表3,项目地辐照量参数表，详见表4。表3光伏组件参数光伏组件参数组件功率20Wp最大系统电压1000V开路电压22.32V短路电流1.2A工作电压18V工作电流1.1A功率公差±3%组件尺寸440*350*20mm表4兰州辐照度参数月份辐照量(kWh/nf)一月69二月88三月124四月150五月173六月175七月172八月161九月121十月100十一月74十二月61年总辐照量1468（2）离网光伏系统设计要求离网光伏系统，主要由太阳能电池、光伏控制器、蓄电池、离网逆变器等部件组成，参考表3、及光伏控制器相关手册、现场下发的纸质资料-竞赛答题卡《项目可研报告