技能大赛拟设赛题高职风光互补发电系统安装与调试赛题Word下载.docx
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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S7-200CPU224PLC、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S7-200CPU224PLC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、工作任务
任务一:
光伏电站的搭建(35%)
一、测试不同状态光伏组件数据(5分)
1.光伏电池开路电压和短路电流数据的测量
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,用万用表分别测试下列几种情况下的开路电压UOC和短路电流ISC,将数据记录在答题纸表1中;
(1)1#光伏电池组件,2块2块分别并联后2组串联,2块2块分别串联后2组并联,4块光伏电池组件并联,4块光伏电池组件串联;
(2)保持1#光伏电池组件遮挡,再次重新测量上述5种情况;
(3)保持1#光伏电池组件遮挡,同时在1#光伏电池组件接线盒内反向并
联二极管,再次重新测量上述5种情况。
注:
遮挡物有考场发放,已放在工位上。
另外,对于光伏电池组件旁路二级管的焊接与拆除,可以选择在组件后面的接线盒内焊接,也可以在接线盒外的两根导线接头处焊接(这里要注意安全操作与包扎整齐)。
2.光伏电池组件的输出特性测试
(1)光伏电池组件的输出参数测试
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,调节光伏供电装置的摆杆处于不同位置,调节光伏电池组件投射灯,测试1号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2~表4中,并在表中计算功率。
注意:
在光伏电池组件温度不变、光强变化缓慢的情况下,光伏电池组件最大功率点对应的输出电压值Um一般约为其在相同测试条件下的开路电压UOC的75-80%。
选取最大功率点电压大约为Um=0.8UOC。
(要求:
以下三种情况的测试时,每一个表的第一组为短路状态点、最后一组为开路状态点,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。
)
①摆杆偏移至西东限位位置,同时点亮投射灯1和灯2,检测光伏电池组件的输出特性。
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短路逐渐变化到开路。
记录对应的电压、电流值,填写在答题纸表2所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中,每次记录的对应的电压值和电流值为一组,记录16组。
②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,同时点亮投射灯1和灯2,检测光伏电池组件的输出特性。
记录对应的电压、电流值,填写在答题纸表3所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中,每次记录的对应的电压值和电流值为一组,记录16组。
③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,只点亮投射灯1,检测光伏电池组件的输出特性。
记录对应的电压、电流值,填写在答题纸表4所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中,每次记录的对应的电压值和电流值为一组,记录16组。
(2)光伏电池组件的输出特性曲线绘制
根据答题纸表2、表3和表4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-电流特性曲线,在答题纸坐标图2上分别绘制3条光伏电池组件伏-安特性曲线。
每条曲线均需要标明坐标的名称、参数单位和计量单位。
二、光伏供电装置与供电系统的安装与接线(7分)
图4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4所示。
按照图4所示电路,完成接线。
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)。
三、光伏供电装置和供电系统程序编写与调试(20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
输入输出
配置
1
I0.0
摆杆东西向限位开关
23
Q0.0
继电器KA1线圈
2
I0.1
摆杆西东向限位开关
24
Q0.1
继电器KA2线圈
3
I0.2
光伏组件向北限位开关
25
Q0.2
继电器KA3线圈
4
I0.3
光伏组件向南限位开关
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
光线传感器向东信号
29
Q0.6
继电器KA7线圈
8
I1.1
光线传感器向南信号
30
Q0.7
继电器KA8线圈
9
I1.2
光线传感器向西信号
31
Q1.0
继电器KA13线圈
10
I1.3
光线传感器向北信号
32
Q1.1
继电器KA14线圈
11
I1.4
启动按钮
33
Q1.2
继电器KA15线圈
12
I1.5
急停按钮
34
Q1.3
继电器KA16线圈
13
I1.6
停止按钮
35
Q1.4
继电器KA17线圈
14
I1.7
向东按钮
36
Q1.5
继电器KA18线圈
15
I2.0
向南按钮
37
Q1.6
启动指示灯
16
I2.1
向西按钮
38
Q1.7
停止指示灯
17
I2.2
向北按钮
39
1M
0V
18
I2.3
东西按钮
40
2M
19
I2.4
西东按钮
41
1L
DC24V
20
I2.5
灯1按钮
42
2L
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
起始端
结束端
线型
L1
接线排L
0.75mm2红色
略
0.3mm2蓝色
N
接线排N
0.75mm2黑色
GND
接线排PE
0.75mm2黄绿色
0.3mm2白色
0.3mm2红色
3L
I0.6
I0.7
45
46
47
48
3.继电器的布线与接线
图5光伏供电系统继电器控制电路接线图一
图6光伏供电系统继电器控制电路接线图二
(1)将光伏供电系统继电器组从左向右分别定义为KA1~KA8、KA13~KA15。
光伏供电系统继电器控制电路接线图见图5、图6,其中继电器KA1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KA2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KA3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KA4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KA5用于控制摆杆由东向西运动及东西运动指示灯。
继电器KA6摆杆由西向东运动及西东运动指示灯;
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KA13用于控制光伏电站1投入;
继电器KA14用于控制光伏电站2投入;
继电器KA15用于控制风力电站投入。
(2)继电器布线与接线要有合理的线标套管,其中线标套管K01~K12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)。
4.光伏供电系统的调试
(1)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,可以进行手动控制光伏电池组件跟踪、灯状态、摆杆运动操作的点动控制。
(2)PLC处在手动控制状态时,按住向东按钮,光伏电池组件向东偏转,松开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。
(3)PLC处在手动控制状态时,按住向西按钮,光伏电池组件向西偏转,松开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。
(4)PLC处在手动控制状态时,按住向南按钮,光伏电池组件向南偏转,松开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。
(5)PLC处在手动控制状态时,按住向北按钮,光伏电池组件向北偏转,松开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。
(6)PLC处在手动控制状态时,按住东西按钮,摆杆由东向西方向摆动。
松开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。
(7)PLC处在手动控制状态时,按住西东按钮,摆杆由西向东方向摆动。
松开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。
(8)PLC处在手动控制状态时,按住灯1按钮,灯1按钮的指示灯及投射灯1亮。
松开灯1按钮,灯1按钮的指示灯熄灭,投射灯1熄灭。
(9)PLC处在手动控制状态时,按住灯2按钮,灯2按钮的指示灯及投射灯2亮。
松开灯2按钮,灯2按钮的指示灯熄灭,投射灯2熄灭。
(10)PLC处在手动控制状态时,点击上位机多电站互补系统总控界面上的负载控制界面上的电机负载、报警灯负载、直流LED负载上的启动按钮,相应负载运行3秒,运行中再次按下相应负载启动按钮或按下停止按钮或急停按钮,相应负载停止运行。
四、光伏供电系统的电路图绘制(3分)
绘制S7-200CPU226与传感器和限位开关的输入接口图.
依据表2定义的PLC的输入输出配置以及图3所示的继电器控制电路接线图,在答题纸图1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:
风电场的搭建(20%)
一、风力供电装置与供电系统的安装与接线(7分)
风力供电装置与供电系统的安装与接线图如图7所示。
按照图7所示电路,完成接线。
图7风力供电装置与供电系统的安装与接线图
二、风力供电装置和供电系统程序编写与调试(10分)
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S7-200CPU224PLC的布线及接线
西门子S7-200CPU224PLC的输入输出配置如表3所示。
根据表3西门子S7-200CPU224PLC的配置,完成西门子S7-200CPU224PLC的布线与接线,接线的线径和颜色要求见表4。
表3S7-200CPU224PLC的输入输出配置表
继电器KA9线圈
风场机构顺时到位开关
继电器KA10线圈
风场机构逆时到位开关
继电器KA11线圈
逆时按钮
继电器KA12线圈
侧风偏航按钮
恢复按钮指示灯
恢复按钮
侧风偏航按钮指示灯
侧风偏航初始位开关
逆时按钮指示灯
侧风偏航45°
到位开关
顺时按钮指示灯
侧风偏航90°
停止按钮指示灯
启动按钮指示灯
顺时按钮
+24V
风速检测信号
表4S7-200CPU224PLC接线的线径和颜色要求
3.继电器组的配置、布线与接线
(1)将风力供电系统继电器组从左向右分别定义为KA9~KA12。
其中继电器KA9用于风场顺时运动控制,KA10用于风场逆时运动控制,继电器KA11用于尾舵撤销侧风偏航控制,KA12用于尾舵侧风偏航的控制。
继电器组的接线见图8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)。
图8风力供电系统继电器接线图
4.风力供电的调试
风力供电控制单元的选择开关有两个状态,选择开关拨向手动控制状态时,S7-200CPU224PLC可以进行风场运动和侧风偏航运动的手动调试。
(1)S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时,按住顺时按钮,顺时按钮指示灯亮,同时风场运动机构箱顺时移动,松开顺时按钮或风场运动机构箱顺时移动到限位开关时,顺时按钮指示灯熄灭,风场运动机构箱停止移动。
(2)S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时,按住逆时按钮,逆时按钮指示灯亮,同时风场运动机构箱逆时移动,松开逆时按钮或风场运动机构箱逆时移动到限位开关时,逆时按钮指示灯熄灭,风场运动机构箱停止移动。
(3)S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时,按住偏航按钮,偏航按钮指示灯亮,同时风力发电机作侧风偏航动作,松开偏航按钮或运动到侧风偏航90°
到位开关时,偏航按钮指示灯熄灭,侧风偏航动作停止。
(4)S7-200CPU224PLC处在手动控制状态时,按住恢复按钮,恢复按钮指示灯亮,同时风力发电机作撤销侧风偏航动作,松开恢复按钮或侧风偏航运动到初始位置停止时,恢复按钮指示灯熄灭,撤销侧风偏航停止。
三、风力供电系统的分析(1分)
大赛设备中风力发电机侧风偏航机构的作用是什么?
四、测试风力发电功率特性数据(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机正对轴流风机,调节轴流风机的频率,测试风力电站的输出参数,将下面测试的数据分别填在答题纸表5中,并在表中计算功率。
要求:
调节轴流风机频率为50Hz,调节风力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,填写在答题纸表5所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中,每次记录的对应的电压值和电流值为一组,记录16组。
在风机
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