T∕CPSS 1004-2020 用户侧电能质量在线监测装置及接入系统技术规范.pdf

ICS 号 01.040.29中国标准文献分类号 K46 团 体 标 准 T/CPSS 10042020 用户侧电能质量在线监测装置及接入系统技术规范 Technical specifications for customer power quality monitoring equipment and Its connection to main station 2020-08-25发布 2020-09-01实施 中国电源学会 发布T/CPSS 10042020 I 目 次 前言 . 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 监测装置基本要求 . 4 5 数据传输内容 . 6 6 通信方式 . 6 7 通信规约 . 6 8 信息安全 . 7 附录 A（规范性附录） 用户侧电能质量在线监测的方均根值计算及统计方法 . 8 附录 B（资料性附录） 用户侧电能质量在线监测装置信息安全要求 . 10 参考文献 . 14 表 1 数据传输内容 . 5 T/CPSS 10042020 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由中国电源学会提出并解释。 本标准起草单位：云南电网有限责任公司电力科学研究院、深圳市中电电力技术股份有限公司、国网福建省电力有限公司电力科学研究院、南京灿能电力自动化股份有限公司、四川大学、广西电网有限责任公司电力科学研究院、云南电网有限责任公司楚雄供电局、安徽大学绿色产业创新研究院、福州大学、上海电器设备检测所有限公司、电子科技大学、上海以华电气技术有限公司、西安交通大学、亚洲电能质量产业联盟、广州供电局有限公司电力试验研究院、广东电网有限责任公司云浮供电局、国网山西省电力公司电力科学研究院、 南京易司拓电力科技股份有限公司、 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、国网北京市电力公司电力科学研究院、中山大学、西安科湃电气有限公司。 本标准主要起草人：郭成、王昕、吴丹岳、姚东方、汪颖、徐志、金庆忍、段军鹏、高敏、张逸、刘朋、韩杨、邓剑琪、卓放、黄炜、周凯、王庆斌、常潇、陈昌友、袁野、董鹤楠、王海云、付青、赵哈。 T/CPSS 10042020 1 用户侧电能质量在线监测装置及接入系统技术规范 1 范围 本标准规定了用户侧电能质量在线监测装置（以下简称监测装置）基本要求，及其接入供电企业电能质量监测系统的数据传输内容、通信方式、通信规约和信息安全。 本标准适用于电力用户侧安装的电能质量在线监测装置， 在配电网、 风电场及光伏电站等新能源电站安装的电能质量在线监测装置可参考采用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 15284 多费率电能表 特殊要求 GB/T 17215.301 多功能电能表 特殊要求 GB/T 17626.30 电磁兼容 试验和测量技术 电能质量测量方法 GB/T 198622016 电能质量监测设备通用要求 GB/T 22386 电力系统暂态数据交换通用格式 DL/Z 860.2 变电站通信网络和系统 第2部分：术语 DL/T 16082016 电能质量数据交换格式规范 3 术语和定义 GB/T 123252008、GB/T 123262008、GB/T 145491993、GB/T 155432008、GB/T 159452008、GB/T 16927.42014、GB/T 243372009、GB/T 301372013、GB/T 325072016界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 为了便于使用， 以下重复列出了GB/T 123252008、 GB/T 123262008、GB/T 145491993、 GB/T 155432008、 GB/T 159452008、 GB/T 16927.42014、 GB/T 243372009、GB/T 301372013、GB/T 325072016中的一些术语和定义。 3.1 电力用户 power customer 依法与供电企业建立供、用电关系的电力消费者，以及购买电力商品或接受服务的客户。 GB/T 325072016，定义2.1.18 3.2 用户侧电能质量在线监测装置 customer power quality monitoring equipment 安装在用户侧，通过引入电压、电流信号，用于测量监测点处电能质量指标的专用装置。 3.3 电能质量监测系统 power quality monitoring system T/CPSS 10042020 2 由电能质量监测终端、信息通道以及服务站和客户端组成的系统。 GB/T 325072016，定义3.3 3.4 电压偏差 voltage deviation 实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示。 GB/T 123252008，定义3.4 3.5 频率偏差 frequency deviation 系统频率的实际值和标称值之差。 GB/T 159452008，定义2.2 3.6 谐波 harmonic 对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。 GB/T 1454993，定义3.4 3.7 间谐波分量 interharmonics component 对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率不等于基波频率整数倍的分量。 GB/T 243372009，定义3.6 3.8 谐波含有率 harmonic ratio（HR） 周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。 第h次谐波电压含有率以HRUh表示，第h次谐波电流含有率以HRIh表示。 GB/T 1454993，定义3.7 3.9 总谐波畸变 total harmonic distortion（THD） 周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。 电压总谐波畸变率以THDu表示，电流总谐波畸变率以THDi表示。 GB/T 1454993，定义3.8 3.10 电压波动 voltage fluctuation 电压方均根值（有效值）一系列的变动或连续的改变。 GB/T 123262008，定义3.3 3.11 闪变 flicker 灯光照度不稳定造成的视感。 T/CPSS 10042020 3 GB/T 123262008，定义3.7 3.12 短时间闪变值 short-term severity Pst 衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值，短时间闪变的基本记录周期为10 min。 GB/T 123262008,定义3.8 3.13 长时间闪变值 long-term severity Plt 由短时间闪变值Pst推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值，长时间闪变的基本记录周期为2 h。 GB/T 123262008,定义3.9 3.14 不平衡度 unbalance factor 指三相电力系统中三相不平衡的程度。 用电压、 电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示。 GB/T 155432008,定义3.2 3.15 电压暂降 voltage dip（sag） 电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1 p.u.0.9 p.u.，并在短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 GB/T 301372013，定义3.1 3.16 电压暂升 swell 电力系统中某点电压暂时升高， 电压方均根值上升到1.1 p.u.1.8 p.u.之间， 并在短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 GB/T 325072016，定义2.8.2 3.17 短时中断 short interruption 电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1 p.u.以下，并在短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 GB/T 301372013，定义3.2 3.18 冲击电流 impulse current 非周期性瞬态电流。波形为：在很短时间内电流从零上升至峰值，之后近似按指数形式或者以强阻尼的正弦曲线下降至零。 T/CPSS 10042020 4 注：改写GB/T 16927.42014，定义10.2.1。 4 监测装置基本要求 4.1 电能质量监测功能 电能质量测量方法应满足GB/T 17626.30的要求。监测装置应具备电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波、三相电压不平衡、闪变和电压暂升、暂降、短时中断等指标中的一项或多项指标的监测功能，测量准确度应满足GB/T 198622016表2和表3的要求，谐波监测次数应不低于50次。 4.2 触发和标记功能 4.2.1 监测装置应具有连续变化型电能质量指标越限、暂态电能质量事件发生以及其他设定条件下的触发功能。 4.2.2 当触发条件启动后，监测装置应同时记录所有测量通道的电压电流波形和有效值数据，最大记录周波数应不小于 50 个， 触发前周波数应不少于 5 个， 每周波记录采样点数应满足 50 次谐波计算要求。 4.2.3 监测装置应按照 GB/T 17626.30 实现电压暂降、电压暂升、短时电压中断等暂态事件发生期间的连续变化型电能质量监测数据标记功能。 4.3 数据统计、记录与存储功能 4.3.1 实时数据 4.3.1.1 监测装置应依据 GB/T 17626.30 标准计算各连续变化型电能质量指标（除闪变外）的 150 周波实时数据，150 周波实时数据的算法见附录 A。短时闪变实时数据按 10 min 间隔计算，长时闪变实时数据按 2 h 间隔计算。 4.3.1.2 监测装置可不存储各连续变化型电能质量指标（除闪变外）实时数据。短时闪变和长时闪变实时数据按统计数据形式存储。 4.3.2 统计数据 4.3.2.1 监测装置应依据 GB/T 17626.30 标准计算各连续变化型电能质量指标（除闪变外）的分钟统计数据。统计间隔宜设置为 10 min，可在 1 min15 min 内调整。分钟统计数据的算法见附录 A。 4.3.2.2 监测装置应按照 DL/Z 860.2 要求，以日志形式实现历史统计数据的存储。 4.3.3 暂态事件波形数据 监测装置应记录可表征电能质量暂态事件特征的电压和电流波形。 暂态事件波形数据以GB/T 22386规定的COMTRADE（Common Format for Transient Data Exchange，电力系统瞬态数据交换通用格式）文件形式存储，每个用于暂态事件波形记录的COMTRADE文件只包含一个监测点的波形数据。 4.3.4 告警信息 监测装置应记录并存储电能质量稳态指标越限事件、暂态事件、上电断电事件等告警信息。监测装置应按照DL/Z 860.2要求，以日志形式实现告警信息的存储，存储模式为先进先出、循环存储。 4.4 数据访问和传输功能 4.4.1 本地显示功能 监测装置可选配显示屏，用于查询显示实时数据、实时波形、告警事件、设置参数等信息。 T/CPSS 10042020 5 4.4.2 远程访问功能 监测装置宜支持通过远程方式查询显示实时数据、实时波形、告警事件、设置参数等信息，并进行参数整定、升级等操作。 4.4.3 通信功能 监测装置应具备至少1个100 M及以上以太网接口， 实现有线通信或连接外置无线通信模块实现无线通信。监测装置宜具备内置无线通信模块，实现4G无线通信功能。 4.5 对时功能 监测装置应支持卫星对时，以及网络对时。 4.6 辅助输入输出功能（可选） 4.6.1 开关量输入功能 监测装置宜具备开关量输入功能， 以满足遥信、 脉冲计数、 需量同步、 以及秒脉冲对时等应用需求。 4.6.2 开关量输出功能 监测装置宜具备开关量输出功能，以满足控制输出、告警输出等应用需求。输出模式应支持继电器输出、光耦输出以及电能脉冲输出。 4.7 安装 监测装置在外观尺寸及安装方式上应满足用户侧较小安装空间的要求。 5 数据传输内容 5.1 电能质量监测数据 监测装置的监测数据见表1。 表1 数据传输内容 电能质量参数 实时数据 统计数据 波形数据 稳态参数 电压、电流有效值 可选 必备 - 电压、电流相位 可选 - - 频率 可选 必备 - 有功功率、无功功率、视在功率、功率因数 可选 必备 - 三相电压、电流不平衡度及序分量 可选 必备 - 谐波电压含有率、谐波电流有效值（2次50次） 可选 必备 - 电压总谐波畸变率、谐波电流含量 可选 必备 - 谐波相位（2次50次）a 可选 - - 谐波功率（2次50次） 可选 可选 - 基波电能、谐波电能（2次50次） 可选 可选 - 间谐波电压含有率、间谐波电流有效值（049次）b 可选 可选 - 电压短时闪变和长时闪变 可选 必备 - 电压波动 可选 可选 - T/CPSS 10042020 6 表 1（续） 电能质量参数 实时数据 统计数据 波形数据 暂态参数 电压暂降 - - 必备 电压暂升 - - 必备 电压中断 - - 必备 冲击电流 - - 可选 a 谐波相位以本相基波电压为基准。 b 0 表示次谐波（频率在 0 Hz50 Hz 之间），1 表示频率在 50 Hz100 Hz 之间的间谐波，2 表示频率在 100 Hz150 Hz 之间的间谐波，以此类推。 5.2 配置信息 包括电能质量监测点信息和监测装置信息： a) 监测点信息包括：供电线路信息、标称电压、变比、接线方式、最小短路容量等； b) 监测装置信息包括：制造商、终端型号、序列号、IP（Internet Protocol，国际互联协议）地址、通信端口号等。 6 通信方式 6.1 对于用户侧变电站或配电室内安装有有线宽带或为提高数据传输可靠性等情况的，可考虑采用有线宽带方式，包括有线宽带专线、有线宽带 VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）隧道等。 6.2 为适应监测装置所处环境的不同通信资源情况及通信技术成熟度，并保证通信的安全，监测装置宜采用 4G 无线 APN（Aaccess Point Name，接入点名称）专网模式与所接入的系统进行通信。采用无线通信方式时应满足以下要求： a) 采用运行稳定可靠的工业级无线通信模块，无线通信模块宜设计在装置内部； b) 应具备无线网络自动附着功能，在传输通道出现异常时能自动重新链接网络、恢复链路。在连续 3 次连接网络失败后，能够自动对无线通信模块单独复位。 7 通信规约 7.1 监测装置接入供电企业电能质量监测系统时，通信规约应满足： a) 监测装置应基于 DL/Z 860.2 实现与系统主站的通信，包括指令传输和数据传输。监测装置应实现完整的 DL/Z 860.2 数据传输功能，包括但不限于缓存报告服务、非缓存报告服务、日志服务、文件服务等。 b) 监测装置应基于 DL/Z 860.2 和 GB/T 198622016 附录 A 实现数据建模。对于因功能扩展而增加的模型，监测装置应以 IED（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）能力描述文件形式给出说明。 c) 采用有线宽带方式，或采用无线通信方式且流量充足时，监测装置宜采用 DL/Z 860.2 报告服务、日志服务和文件服务实现数据传输。其中，实时数据采用非缓存报告服务接入系统，历史统计数据采用日志服务接入系统，波形记录数据采用文件服务读取 COMTRADE 文件的形式接入系统，COMTRADE 文件格式应满足 GB/T 22386 的要求。 T/CPSS 10042020 7 d) 采用无线通信方式且通信不能持续稳定时，监测装置可采用 DL/Z 860.2 日志服务或文件服务实现数据传输。实时数据可不实现接入系统。当采用文件服务时，应具有离线读取历史统计数据数据的功能。波形记录数据采用文件服务读取 COMTRADE 文件的形式接入系统。 7.2 监测装置接入电力用户内部系统时，可采用其他通信规约。 8 信息安全 监测装置接入电网公司电能质量监测系统应满足以下信息安全要求： a) 监测装置应具备访问控制、 数据完整性保护和审计等信息安全机制， 防止恶意访问监测装置内部数据、 控制并利用监测装置接入系统网络乃至广域数据网中的其他系统。 监测装置的信息安全要求参见附录 B。 b) 监测装置应采用安全的通信网络（如 APN 无线通信通道）进行远方数据传输，采用必要的信息安全措施确保数据安全、可靠传输。 T/CPSS 10042020 8 附 录 A （规范性附录） 用户侧电能质量在线监测的方均根值计算及统计方法 A.1 10 周波方均根值 依据GB/T 17626.30计算10周波时间窗方均根值，以10周波的电压方均根值计算为例： 2rms_200ms11UNiiuN=（A.1） 式中： Urms_200ms 电压的10周波（200 ms)方均根值； N 10周波内的采样点个数； ui 10周波内的第i个电压采样值。 A.2 3 s有效值 依据GB/T 17626.30，计算3 s时间窗有效值，以3 s的电压有效值计算为例： 152rms_3srms_200ms1115iUu=（A.2） 式中： Urms_3s 3 s的电压有效值。 A.3 分钟级统计数据 分钟级统计时长可在1 min15 min内选取。依据GB/T 17626.30，计算分钟级时间窗有效值，以10 min的电压有效值计算为例： 2rms_10minrms_200ms11MiUuM=（A.3） 式中： M 10 min内10周波有效值的个数； Urms_10min 10 min的电压有效值。 A.4 日、周、月、季度、年统计数据 日、周、月、季度、年等长时间间隔的统计数据，以分钟级统计数据为基础进行计算，可计算最大值、最小值、平均值、95%概率大值，计算方法如下： 最大值：取统计间隔内所有分钟级统计数据的最大值； 最小值：取统计间隔内所有分钟级统计数据的最小值； T/CPSS 10042020 9 平均值：取统计间隔内所有分钟级统计数据的算术平均值； 95%概率大值：以统计间隔内所有分钟级平均值为基础，计算 95%概率大值。 T/CPSS 10042020 10 附 录 B （资料性附录） 用户侧电能质量在线监测装置信息安全要求 B.1 入网控制 监测装置应具备唯一标识码，作为主站对终端身份认证标识。 B.2 访问授权与认证 B.2.1 访问控制授权 B.2.1.1 管理员用户角色 监测装置的访问控制功能应支持管理员用户角色， 管理员具有创建用户账户和管理其他用户权限的能力。 B.2.1.2 授权项 监测装置应支持根据用户角色对监测装置功能进行授权，需要认证授权的功能至少包括： a) 查看数据：查看数据是指能够查看监测装置的实时、历史数据（稳态指标、暂态事件、状态、告警等）； b) 查看配置设置：查看配置设置是指查看监测装置的配置参数； c) 配置变更：配置变更是指下载和上传终端的配置文件，和/或变更现有的配置定值； d) 版本变更：新软件版本加载； e) 帐户管理：创建、删除或修改帐户内容； f) 审计日志：审计日志指能够查看和下载审计日志。 B.2.2 配置软件认证 监测装置应能对正在使用的配置软件进行认证， 保证是用户授权的软件。 未授权的配置软件禁止访问监测装置的任何功能。 B.3 用户认证 B.3.1 用户名、口令认证 监测装置应支持用户名和口令的用户验证方式。无论是通过控制面板、带测试功能通信/诊断接口还是远程网络，所有对监测装置的访问都应当使用唯一的用户名和口令组合进行认证。 B.3.2 口令强度控制 监测装置用户认证功能应对口令的最小长度进行控制， 保证口令强度。 对于配置软件登录等网络登录，口令应使用最少8位字符。 T/CPSS 10042020 11 B.3.3 明文口令 监测装置不应在监测装置内储存或通过共享网络发送明文口令。 B.3.4 操作认证 监测装置的访问控制功能应提供支持操作验证机制的能力。 B.3.5 会话超时锁定 当监测装置会话在管理员定义的一段时间内都不活动， 监测装置应锁定会话。 会话锁定应一直保持到重新登录。 B.4 审计 B.4.1 审计记录事件 B.4.1.1 监测装置应能产生和存储安全性事件和重要业务事件的审计信息。审计记录的事件至少包括以下类型： a) 访问配置：将配置文件从监测装置下载到外部监测装置中（例如计算机）。 b) 配置更改： 在监测装置中传入新配置或者通过键盘输入新配置参数， 使监测装置的配置发生改变。 c) 创建用户名/口令或更改：创建新的用户名/口令或者修改帐户权限。 d) 删除用户名/口令：删除用户名/口令。 e) 访问审计记录： 用户查看日志或将日志保存在外部监测装置或存储空间 （计算机、 U 盘、 光盘） 。 f) 修改时间/日期：用户修改时间和日期。 g) 警报事故：非授权行为警报，报警行为宜包括但不限于以下内容：单次登陆中，连续多次输错口令；由于断电、按下重启按钮、修改上电顺序或配置修改导致的监测装置重启；企图使用非法的配置软件访问监测装置。 h) 审计记录的内容。 B.4.1.2 监测装置的审计记录应具备可用于事件追溯的基本信息。审计记录内容应包括以下内容： a) 事件的日期和时间； b) 发生事件的组件（例如：文件、数据、定值）； c) 用户/主体的 ID； d) 操作内容； e) 该事件的结果（成功或失败）。 B.4.2 审计的时间戳 监测装置应在审计记录产生时添加基于系统时间的时间戳。 B.4.3 审计信息的保护 监测装置应保护审计信息和审计功能不被非授权访问、 修改和删除， 并支持审计记录容量的管理策略（例如覆盖旧的审计记录和停止生成审计记录）。 T/CPSS 10042020 12 B.4.4 审计故障告警 监测装置或从事审计功能的组件应在审计失败时向适当的负责人员告警。审计失败包括：软件/硬件错误，审计生成中的错误，审计存储容量满载或超容等。 B.5 数据完整性 B.5.1 密码基础 监测装置应具备所使用的加密机制的说明文档， 用户可以通过这些文档判断所采购的监测装置是否符合国家密码主管部门的要求。 B.5.2 网络报文的重放 监测装置应具备机制防止报文的重放。 B.5.3 传输数据防篡改 监测装置应具备机制来识别对通信信息的篡改。 B.5.4 禁用不使用端口 监测装置应具备关闭不使用的或不在访问控制范围内的通信服务端口及物理端口的功能。 B.5.5 存储数据防篡改 监测装置应具备存储数据的完整性保护机制。可执行代码、应用配置和操作系统配置可以在升级、调试等过程中被修改，在常规业务操作中不能被修改。 B.5.6 数据的非可执行性 监测装置应将数据和可执行代码存储在不同的存储空间，并能够阻止数据空间内的代码执行。 B.5.7 输入数据验证 监测装置应对应用输入和程序配置信息进行检查，保证输入值的合理性，语法的完整性、有效性和正确性。 B.6 数据机密性 B.6.1 数据传输的机密性 监测装置中的敏感数据应采用非明文方式传输。 B.6.2 数据存储的机密性 监测装置中的敏感数据应以非明文方式存储。 T/CPSS 10042020 13 B.7 业务连续性 B.7.1 事件报警 监测装置应具备可配置的故障或事件通知功能。 B.7.2 监测装置容错 监测装置应提供自动保护功能， 当故障发生时自动保护当前重要状态信息与进程， 保证监测装置能够进行恢复。 B.8 网络攻击防御 B.8.1 泛洪保护 监测装置应能够抵御一定的数据泛洪攻击，保证重要业务功能的通信。 B.8.2 协议保护 监测装置应能够容忍针对通信协议的模糊攻击。 B.8.3 攻击预警 当监测装置通信请求增加到可以认为是拒绝服务攻击时，宜能够发出警报。 B.8.4 监测装置备份 监测装置及其支持工具应提供备份功能， 以方便用户进行监测装置中应用级和系统级信息 （包括系统安全状态的信息）的备份。 B.8.5 监测装置恢复 监测装置应提供恢复功能， 使用户可以在业务中断或监测装置故障后恢复并重组以前保存的应用级和系统级信息的备份文件。 B.9 渗透测试 监测装置应具备安全机制，支撑系统应不存在明显可利用安全漏洞T/CPSS 10042020 14 参 考 文 献 1 中华人民共和国网络安全法 2 国家发改委14号令 电力监控系统安全防护规定 3 电监信息201262号 电力行业信息安全等级保护基本要求 4 国能安全201536号 电力监控系统安全防护总体方案