“偉創(chuàng)晶杯”智能電力控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用賽項樣題

第14頁共14頁2019年度機械行業(yè)職業(yè)教育技能大賽“偉創(chuàng)晶杯”智能電力控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用賽項(樣題)第一部分競賽須知一、選手須知1.任務(wù)書如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向現(xiàn)場裁判舉手示意，申請更換；比賽結(jié)束后，現(xiàn)場下發(fā)的所有紙質(zhì)材料不得帶離賽場。2.競賽任務(wù)中所使用的各類軟件工具都已安裝至計算機中，請各參賽隊根據(jù)競賽任務(wù)合理調(diào)配使用。設(shè)備的安裝配置請嚴(yán)格按照現(xiàn)場下發(fā)的任務(wù)書的要求及工藝規(guī)范進行操作。3.參賽團隊?wèi)?yīng)在規(guī)定時間內(nèi)完成現(xiàn)場下發(fā)的任務(wù)書要求的競賽任務(wù)，任務(wù)實現(xiàn)過程中形成的文件資料必須存儲到任務(wù)書要求的指定位置，未存儲到指定位置造成裁判組無法評判，相應(yīng)競賽任務(wù)以0分計入總成績。4.比賽過程中，選手判定設(shè)備或器件有故障可舉手向裁判示意提出更換；如器件或設(shè)備經(jīng)檢測完好，屬選手誤判時，器件或設(shè)備的認(rèn)定時間計入比賽時間；如果器件或設(shè)備經(jīng)檢測確有故障，則當(dāng)場更換設(shè)備，此過程中（從選手舉手示意開始到更換完成）造成的時間損失，經(jīng)裁判長與現(xiàn)場裁判討論在比賽時間結(jié)束后，對該小組進行相應(yīng)的時間延遲補償。5.在裁判組宣布競賽結(jié)束后，請選手根據(jù)裁判長的要求停止任何與比賽相關(guān)的操作，否則視為作弊，總成績以0分計算。6.在競賽過程中，因參賽選手個人操作不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備破壞性損壞或造成事故，扣10分，損壞兩次及以上者取消競賽資格。7.選手存在：污染賽場環(huán)境、擾亂賽場秩序、干擾裁判工作等違反職業(yè)規(guī)范的行為，扣5分，情節(jié)嚴(yán)重者取消競賽資格。二、注意事項1.競賽開始后，請選手必須檢查競賽平臺硬件及軟件是否正常，并同步填寫現(xiàn)場下發(fā)的競賽設(shè)備確認(rèn)表，比賽開始后30分鐘收取競賽設(shè)備確認(rèn)表。2.競賽過程中，請選手嚴(yán)格按照競賽任務(wù)中的任務(wù)要求，對各設(shè)備進行安裝、配置、操作使用，對于競賽前工位面板上已經(jīng)連接好的設(shè)備，可能與后續(xù)的競賽任務(wù)有關(guān)，嚴(yán)禁選手私自調(diào)整接線，若選手違規(guī)私自調(diào)整，由此造成的影響由選手自行承擔(dān)。3.競賽結(jié)束時務(wù)必保存設(shè)備配置，關(guān)閉設(shè)備電源，不得拆除硬件的連接，嚴(yán)禁對設(shè)備設(shè)置權(quán)限管理。4.競賽結(jié)束時，所有計算機必須處于開啟狀態(tài)，組態(tài)工程項目操作界面保持選手選定的一臺計算機中，并使其處于運行狀態(tài)。5.比賽所涉及到CAD繪圖任務(wù)，須按任務(wù)要求命名方式對文件進行命名，在開競賽結(jié)束前拷貝至U盤，提交給現(xiàn)場裁判，否則視為未作答。6.相關(guān)答題內(nèi)容，須按要求填入答題紙指定位置的請根據(jù)要求完成，若選手未按照要求完成，該部分成績以0分計入總成績。第二部分競賽任務(wù)一、賽項背景與任務(wù)概述（一）項目背景本競賽任務(wù)須以智能電力控制系統(tǒng)項目為原型，以“智能電力控制系統(tǒng)平臺”為載體，按照任務(wù)書中發(fā)電端接線安裝、模擬供電系統(tǒng)接線安裝、電力系統(tǒng)負(fù)荷裝置接線安裝與測試、儲能及雙向變流裝置接線、電力系統(tǒng)輔助供電裝置接線安裝與測試、電力系統(tǒng)配電保護與測量裝置接線測試、電力系統(tǒng)調(diào)度與監(jiān)測軟件運行與操作、制圖和解答等任務(wù)要求描述，完成智能電力控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。1.智能電力控制系統(tǒng)平臺效果圖智能電力控制系統(tǒng)平臺效果圖1.1所示，系統(tǒng)由發(fā)電機電源模擬器、電力電子電源模擬器、EMS中央能量控制管理系統(tǒng)、PCS雙向變流系統(tǒng)、SCADA能量監(jiān)控平臺等軟硬件組成。圖1.1智能電力控制系統(tǒng)平臺外型圖 2.智能電力控制系統(tǒng)平臺示意圖智能電力控制系統(tǒng)平臺示意圖1.2所示。圖1.2智能電力控制系統(tǒng)平臺示意圖（部件安裝以競賽現(xiàn)場實際安裝為準(zhǔn)）（二）任務(wù)概述及作品呈現(xiàn)要求智能電力控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用與任務(wù)概述及作品呈現(xiàn)要求表1.1所述。序號任務(wù)概述呈現(xiàn)要求1平臺建設(shè)與設(shè)備安裝在智能電力控制系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、智能控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及負(fù)載裝置的安裝、配置連接。發(fā)電點可通過控制器、直流母線向蓄電池饋電2使用AutoCAD軟件繪制PLC及系統(tǒng)原理圖及接線圖等電氣圖?？勺儸F(xiàn)出系統(tǒng)內(nèi)的各元器件的電氣連接結(jié)構(gòu)3系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)監(jiān)控基于PLC控制系統(tǒng)的程序開發(fā)、調(diào)試及運行。通過PLC與上位機軟件的配合可控制負(fù)荷的投切，上位機軟件能監(jiān)測各發(fā)電點、負(fù)荷的電流電壓、功率等參數(shù)4組態(tài)王與PLC及儀表的通訊和控制5電能分析與應(yīng)用答題測試交直/流Ⅰ級負(fù)荷、Ⅱ級負(fù)荷的端電壓波形能用示波器測試出端電壓的波形和畸變波形6基于組態(tài)王、PLC的智能電力控制操作根據(jù)裁判組指令對智能電力控制系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電點、負(fù)荷進行遠(yuǎn)程/就地調(diào)度7名詞解釋及方案闡述根據(jù)題目要求做出正確解答 二、能源點安裝測試（15分）1、電力電子電源模擬器是智能電力控制系統(tǒng)平臺的重要組成部分，要求將提供的電力電子電源模擬器的供電、輸出、通訊接線完畢。其中供電回路通過系統(tǒng)輔助電源控制開關(guān)控制，輸出回路通過投切開關(guān)控制后接入控制器。（5分）2、根據(jù)系統(tǒng)直流母線電壓等級要求，設(shè)置合適的電力電子電源模擬器的電流、電壓，使電力電子電源模擬器可通過控制器、母線向儲能裝置饋電。（5分）3、打開計算機的電力電子電源模擬器上位機軟件，對該模擬器進行監(jiān)控，并將電力電子電源模擬器向儲能裝置饋電的輸出曲線截屏粘貼于word文檔并放在桌面，文件名為：曲線。（5分）電力電子電源模擬最大功率100W時輸出曲線參考圖1.3三、模擬供電系統(tǒng)接線安裝與測試（10分）1、發(fā)電機電源模擬器是智能電力控制系統(tǒng)平臺的重要組成部分，變頻器驅(qū)動拖動電機，電機與發(fā)電機通過聯(lián)軸器連結(jié)。其中變頻器的供電線已接線完成，禁止改動?，F(xiàn)要求完成變頻器和拖動電機接線，發(fā)電機輸出接入控制器，發(fā)電機輸出經(jīng)投切開關(guān)控制。（5分）2、變頻器通電后，要求可通過面板控制電機順時針運行，設(shè)定變頻器最大運行頻率≤40HZ。（5分）四、電力系統(tǒng)負(fù)荷裝置接線安裝與測試（10分）1、電力系統(tǒng)內(nèi)部的負(fù)荷，可分為阻性負(fù)荷、感性負(fù)荷、容性負(fù)荷，不同負(fù)荷的功率因數(shù)不同，對電網(wǎng)的影響也不同。要求用示波器分別測試直流Ⅰ級負(fù)荷，直流Ⅱ級負(fù)荷，交流Ⅰ級負(fù)荷，交流Ⅱ級負(fù)荷的電壓波形。將測試的波形截屏粘貼于word文檔并放在桌面，對應(yīng)文件名分別為：直流Ⅰ級負(fù)荷，直流Ⅱ級負(fù)荷，交流Ⅰ級負(fù)荷，交流Ⅱ級負(fù)荷。（8分）2、分析對比交流Ⅰ級和Ⅱ級負(fù)荷的功率因數(shù)，并基于本系統(tǒng)平臺，解釋名詞：視在功率、有功功率、無功功率，將答案寫于下列空白處。（2分）答題處：3、在某局域電力系統(tǒng)中，存在功率因數(shù)過低的情況，請問如何改善這一情況，請簡述之。（2分）答題處：五、儲能及雙向變流裝置接線、安裝與測試（10分）1、本智能電力控制系統(tǒng)平臺，使用四塊12V/85AH蓄電池作為儲能裝置，直流母線電壓為DC48V。請使用CAD畫出蓄電池與雙向變流裝置的結(jié)構(gòu)圖，要求圖紙可表現(xiàn)出蓄電池的端子極性，串并聯(lián)關(guān)系。CAD文件保存在桌面，文件名為：儲能（5分）2、BMS電池管理系統(tǒng)可有效的監(jiān)測蓄電池組、單體蓄電池的電壓、電流、內(nèi)阻等參數(shù)信息，從而大大延長蓄電池的使用壽命，減少維護周期。根據(jù)題干的描述，在上一題圖紙的基礎(chǔ)上，畫出BMS電池管理系統(tǒng)與四塊蓄電池間的原理結(jié)構(gòu)圖。（5分）六、電力系統(tǒng)輔助供電裝置接線、安裝（5分）1、輔助供電裝置是系統(tǒng)平臺上儀器儀表、PLC、旋鈕、接觸器、繼電器等元件工作用電源。結(jié)合你對本系統(tǒng)平臺的觀察和了解，請列出本系統(tǒng)平臺所使用的輔助電源的屬性（屬性包括：交流/直流；單相/三相；電壓等級），并列出至少一個使用該輔助電源供電的裝置、設(shè)備（裝置和設(shè)備的名稱應(yīng)使用競賽規(guī)程、任務(wù)書所涉及具有普遍性的名稱）。將答案寫于下列空白處。（5分）答題處：七、電力系統(tǒng)配電保護與測量裝置接線、安裝與測試（15分）1、智能電力控制系統(tǒng)平臺配電保護包括就地保護和遠(yuǎn)程保護，遠(yuǎn)程保護是通過組態(tài)與PLC通訊控制相關(guān)節(jié)點的繼電器和接觸器來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)平臺使用西門子CPU6ES7214-1BG40-0XB0（以下簡稱S7-1200）和擴展模塊6ES7221-1BH32-0XB0作為遠(yuǎn)程控制核心模塊。S7-1200具備14點數(shù)字量輸入，10點數(shù)字量輸出。擴展模塊6ES7221-1BH32-0XB0具備16個數(shù)字量的輸入、輸出。請根據(jù)以下PLC端口功能表，和系統(tǒng)平臺提供的繼電器，使用CAD畫出PLC原理接線圖，并完成接線。2、PLC原理接線圖放置在桌面，文件名為：PLC。（15分）接線請根據(jù)端口配置表和原理圖進行，其中PLC供電線已經(jīng)接線完成，無需改動。PLC端口功能為表1.2輸入端功能輸出端功能I0.0XPI遠(yuǎn)方狀態(tài)Q0.0XP1合閘I0.1XP2遠(yuǎn)方狀態(tài)Q0.1XP1分閘I0.2電力電子電源模擬器切出Q0.2XP2合閘I0.3電力電子電源模擬器切入Q0.3XP2分閘I0.4發(fā)電機電源模擬器切出Q0.4電力電子電源模擬器投切I0.5發(fā)電機電源模擬器切入Q0.5發(fā)電機電源模擬器投切I0.6直流Ⅰ級負(fù)荷切入Q0.6直流Ⅰ級負(fù)荷投切I0.7直流Ⅰ級負(fù)荷切出Q0.7直流Ⅱ級負(fù)荷投切I1.0直流Ⅱ級負(fù)荷切入Q1.0交流Ⅰ級負(fù)荷投切I1.1直流Ⅱ級負(fù)荷切出Q1.1交流Ⅱ級負(fù)荷投切I1.2交流Ⅰ級負(fù)荷切入I1.3交流Ⅰ級負(fù)荷切出I1.4交流Ⅱ級負(fù)荷切入I1.5交流Ⅱ級負(fù)荷切出I2.0電力電子電源模擬器輸入遠(yuǎn)方狀態(tài)I2.1發(fā)電機電源模擬器輸入遠(yuǎn)方狀態(tài)I2.2直流Ⅰ級負(fù)荷遠(yuǎn)方狀態(tài)I2.3直流Ⅱ級負(fù)荷遠(yuǎn)方狀態(tài)I2.4交流Ⅰ級負(fù)荷遠(yuǎn)方狀態(tài)I2.5交流Ⅱ級負(fù)荷遠(yuǎn)方狀態(tài)I2.6KM3合閘/分閘狀態(tài)I2.7KM4合閘/分閘狀態(tài)I3.0KM7合閘/分閘狀態(tài)I3.1KM8合閘/分閘狀態(tài)I3.2KM5合閘/分閘狀態(tài)I3.3KM6合閘/分閘狀態(tài)表1.2PLC端口功能八、電力系統(tǒng)調(diào)度與監(jiān)測軟件運行與操作（15分）1、本系統(tǒng)平臺電力系統(tǒng)調(diào)度與監(jiān)測軟件使用組態(tài)王，要求使用組態(tài)王新建一個軟件工程。該軟件工程界面應(yīng)能表現(xiàn)系統(tǒng)整體架構(gòu)。（5分）智能電力控制系統(tǒng)軟件工程界面參考圖1.4（綠色區(qū)域為可操作的按鈕）2、該軟件工程能對電力電子電源模擬器輸出參數(shù)、發(fā)電機電源模擬器輸出參數(shù)進行監(jiān)控讀取。（5分）3、應(yīng)能與PLC進行通訊，對系統(tǒng)進行調(diào)度，完成電力電子電源模擬器的切入和切出，發(fā)電機電源模擬器切入和切出。（5分）注意：比賽結(jié)束后，該軟件應(yīng)處于運行狀態(tài)，否則視為未完成。九、制圖解答（15分）1、使用CAD畫出系統(tǒng)電氣原理圖，該結(jié)構(gòu)原理圖應(yīng)能表現(xiàn)出發(fā)電機電源模擬器、電力電子電源模擬器、儲能裝置、雙向變流裝置、直流母線、負(fù)荷、電網(wǎng)等元素的電氣連接。CAD文件保存放置在桌面，文件名為：原理結(jié)構(gòu)圖（5分）2、解答（10分）1）簡述繼電保護在電網(wǎng)中