GB/T 42154-2022 配电网电能质量监测技术导则

　　ICS 29 . 240 CCS K 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42154—2022

　　配电网电能质量监测技术导则

　　Techn,cal gu,del,ne for power qual,ty mon,tor,ng ,n d,strubut,on network

　　2022-12-30 发布 2023-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42154—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 缩略语 1

　　5 总则 2

　　5 . 1 基本通则 2

　　5 . 2 监测方式选用 2

　　5 . 3 监测点设置 2

　　5 . 4 监测指标选用 2

　　6 电能质量监测数据源 3

　　6 . 1 监测数据源分类 3

　　6 . 2 监测设备 3

　　6 . 3 其他数据源 4

　　7 电能质量监测数据应用 4

　　附录 A (资料性) 典型电能质量监测系统架构 5

　　附录 B (资料性) 典型电能质量干扰源及监测指标 7

　　附录 C (资料性) MQTT通信协议 8

　　参考文献 20

　　I

　　GB/T 42154—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会(SAC/TC1)提出并归口 。

　　本文件起草单位:国网河南省电力公司电力科学研究院 、昆明理工大学 、中机生产力促进中心有限公司 、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 、深圳市中电电力技术股份有限公司 、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 、西安博宇电气有限公司 、四川大学 、深圳供电局有限公司 、北京交通大学 、国网河北省电力有限公司电力科学研究院 、国网江苏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 、广东电网有限责任公司电力科学研究院 、国网山西省电力公司电力科学研究院 、国网冀北电力有限公司电力科学研究院 、福州大学 、广东电网有限责任公司广州供电局电力试验研究院 、南京灿能电力 自动化股份有限公司 、国电南京自动化股份有限公司 、南京易司拓电力科技股份有限公司 、广西电网有限责任公司电力科学研究院 、苏州电器科学研究院股份有限公司 。

　　本文件主要起草人:李琼林 、代双寅 、郭成 、李培 、刘晶 、王昕 、胡畔 、刘军成 、汪颖 、史帅彬 、刘书铭 、吴命利 、周文 、史明明 、李胜辉 、王玲 、常潇 、蔡维 、张逸 、周凯 、姚东方 、张华 、罗定志 、郭敏 、单亮 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42154—2022

　　配电网电能质量监测技术导则

　　1 范围

　　本文件提出了电能质量监测总则 、电能质量监测数据源和电能质量监测数据应用 。

　　本文件适用于交流配电网的电能质量监测 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;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 14598 . 24 量度继电器和保护装置 第 24 部分:电力系统暂态数据交换(COMTRADE)通用格式

　　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 19862 电能质量监测设备通用要求

　　GB/T 22239 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求

　　DL/T 860(所有部分) 电力 自动化通信网络和系统

　　DL/T 1297 电能质量监测系统技术规范

　　DL/T 1455 电力系统控制类软件安全性及其测评技术要求

　　DL/T 1608 电能质量数据交换格式规范

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　电能质量监测专用设备 power quality monitoring dedicated equipment

　　通过对引入的电压 、电流信号进行分析处理 , 实现对电能质量指标进行监测的专用装置 。

　　[来源: GB/T 19862—2016 , 3 . 1] 3.2

　　电能质量监测主站 power quality monitoring ma5ter 5tation

　　具备电能质量监测数据采集 、分析 、管理等功能的应用软件及其运行环境 。

　　3.3

　　电能质量监测系统 power quality monitoring 5y5tem

　　由电能质量监测数据源 、通信网络以及监测主站组成的系统 。

　　[来源: GB/T 32507—2016 , 3 . 3 , 有修改]

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　1

　　GB/T 42154—2022

　　COMTRADE:电力系统暂态数据交换通用格式(Common Format for Transient Data ExchanGe) DFACTS:柔性配电技术(Distribution Flexible AlternatinG Current Transmission Systems)

　　EIA:电子工业协会(Electronic Industry Association)

　　GUID:全局唯一标识符(Globally Unique Identifier)

　　HPLC:高速电力线载波通信(HiGh-speed Power Line Communication)

　　IRIG:靶场仪器组(Inter-RanGe Instrumentation Group)

　　MQTT:消息队列遥测传输(MessaGe QueuinG Telemetry Transport)

　　PQDIF:电能质量数据交换格式(Power Quality Data InterchanGe Format)

　　USB:通用串行总线(Universal Serial Bus)

　　4G:第四代移动通信技术(4th Generation Mobile Communication TechnoloGy)

　　5G:第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication TechnoloGy)

　　5 总则

　　5 . 1 基本通则

　　5 . 1 . 1 根据监测 目标和监测 目的确定电能质量监测方式 、监测点位置 、监测指标 、监测时长 。

　　5 . 1 . 2 电能质量监测系统的功能和性能应满足 DL/T 1297 要求 , 并根据监测 目标和 目 的 , 选择长期在线监测或专项测试方式 。

　　5 . 1 . 3 宜采用电能质量监测专用设备或兼具电能质量监测功能的设备 , 测量 、统计方法等应满足GB/T 17626 . 30 要求 。 电能质量监测专用设备应满足 GB/T 19862 要求 。

　　5 . 1 . 4 监测数据传输 、存储和使用过程中宜采取必要的信息安全防护措施 。

　　5 . 2 监测方式选用

　　5 . 2 . 1 综合考虑应用场景 、监测成本等因素选用监测方式 。

　　5 . 2 . 2 对于配电网电能质量评估 、配电网电能质量异常分析等应用场景 , 宜建立电能质量监测系统 , 进行长期在线监测 , 典型电能质量监测系统架构见附录 A。

　　5 . 2 . 3 对于 10 kv及以上电压等级的新能源场站和大容量干扰源用户电能质量评估等应用场景 , 宜采用长期在线监测方式 。

　　5 . 2 . 4 对于配电网电能质量周期普查测试等应用场景 , 宜采用专项测试方式 。

　　5 . 3 监测点设置

　　5 . 3 . 1 电网侧监测点设置

　　宜在以下位置设置电能质量监测点:

　　a) 变电站的重要供电母线及出线 , 如计量关口点等 ;

　　b) 为电气化铁路 、电动汽车充电站 、金属冶炼加工 、变频调速负荷 、电解负荷等非线性冲击性负荷供电的母线及出线 ;

　　c) GB/T 29328 规定的重要电力用户供电的母线及出线 ;

　　d) 风电场 、光伏电站 、分布式电源接入点的母线及出线 , 如 10 kv及以上电压等级新能源场站接入点 , 分布式光伏总容量超过配变额定容量 25%的配变低压母线等 ;

　　e) 装设 DFACTS设备 、电能质量治理设备的变电站母线及出线 ;

　　f) 曾发生电能质量超标或者用户投诉较多的变电站母线及出线 ;

　　G) 受换流站影响的变电站母线 , 如直流接地极周边变电站母线等 。

　　2

　　GB/T 42154—2022

　　5 . 3 . 2 用户侧监测点设置

　　宜在以下位置设置电能质量监测点:

　　a) 接入配电网的 10 kv及以上电压等级新能源场站和非线性冲击性用户母线及出线 ;

　　b) 对电能质量敏感或有特殊要求的配电网用户母线及出线 ;

　　c) 曾发生因电能质量问题导致设备损坏等事故的用户母线及出线 ;

　　d) 供电管理部门要求进行监测的供电点或者供电园区 。

　　5 . 4 监测指标选用

　　5 . 4 . 1 对于配电网电能质量评估应用场景 , 电能质量监测指标宜包含电压偏差 、频率偏差 、三相电压不平衡度 、谐波 、间谐波 、闪变 、电压暂降 、电压暂升 、电压短时中断等 。

　　5 . 4 . 2 对于新能源场站和用户接入配电网电能质量评估 、电能质量异常分析及治理等应用场景 , 宜根据监测对象类型选用电能质量监测指标 , 典型电能质量干扰源及监测指标见附录 B。

　　6 电能质量监测数据源

　　6 . 1 监测数据源分类

　　监测数据源包括电能质量监测专用设备 、智能融合终端 、电能表 、电压监测仪等兼具电能质量监测功能的设备以及配电网调度控制系统 、配电自动化系统 、用电信息采集系统等其他数据源 。

　　6 . 2 监测设备

　　6 . 2 . 1 电能质量监测功能

　　6 . 2 . 1 . 1 监测功能应满足 GB/T 19862 和 GB/T 17626 . 30 要求 。

　　6 . 2 . 1 . 2 对于接入大量电力电子设备的配电网监测应用场景 , 监测设备宜具备超高次谐波监测功能 。

　　6 . 2 . 2 通信功能

　　6 . 2 . 2 . 1 监测设备宜具备以太网 、EIA RS232/485 、4G或 5G通信 、HPLC等通信方式中的一种 。对于10 kv及以下电压等级公用配电网 、新能源场站和用户电能质量监测 , 监测设备宜具备无线通信功能 。

　　6 . 2 . 2 . 2 监测设备宜采用 MQTT通信协议或者 DL/T860(所有部分)规定的通信协议 , MQTT通信协议见附录 C。

　　6 . 2 . 2 . 3 监测设备宜配置 1 个 USB接口 , 以便在不具备通讯条件或紧急情况下通过移动介质拷贝等方式传输数据 。

　　6 . 2 . 3 信息安全功能

　　6 . 2 . 3 . 1 监测设备宜具有访问控制 、数据保护和审计等信息安全防护功能 , 防止无授权访问设备内部数据 、控制并利用设备接入系统网络乃至广域数据网中的其他系统 。

　　6 . 2 . 3 . 2 用于公用配电网的监测设备宜配置信息安全加密芯片 。

　　6 . 2 . 4 对时功能

　　6 . 2 . 4 . 1 监测设备应具有网络对时和卫星对时功能 。监测专用设备与变电站内授时源应采用 IRIG-B码方式对时 。

　　6 . 2 . 4 . 2 监测专用设备的时钟精度应满足 GB/T 19862 的要求 。

　　3

　　GB/T 42154—2022

　　6 . 3 其他数据源

　　6 . 3 . 1 PQDIF文件应满足 DL/T 1608 要求 。

　　6 . 3 . 2 COMTRADE文件应满足 GB/T 14598 . 24 要求 。

　　6 . 3 . 3 配电网调度控制系统 、配电 自动化系统 、用电信息采集系统等数据源应提供数据传输接口服务 ,并采取数据加密 、数据专用传输通道 、内外网隔离 、防火墙等必要的信息安全措施 , 满足 GB/T 22239 和DL/T 1455 等信息安全标准的要求 。

　　7 电能质量监测数据应用

　　7 . 1 宜结合监测 目标开展配电网谐波溯源分析 、电压暂降原因分析 、电能质量经济性评估 、电容器谐振风险评估等监测数据应用 。

　　7 . 2 宜针对谐波电压超标问题开展谐波溯源分析 , 基于监测数据分析谐波电流和谐波电压的相关性 ,综合考虑电网拓扑结构 、主要干扰源运行状态 、相关性等确定主要谐波源 , 实现谐波超标原因分析 。

　　7 . 3 宜根据暂态波形数据分析电压暂降幅值 、持续时间 、相位跳变等特征信息 , 基于特征信息对电压暂降事件进行分类 , 开展电压暂降源识别及定位分析 , 明确电压暂降原因(如短路 、电机启动 、雷击等) 。

　　7 . 4 宜基于监测数据开展电能质量经济性评估 , 结合分析模型计算谐波 、三相不平衡等电能质量问题导致的附加损耗 , 评估劣质电能质量可能对配电网或用户带来的经济损失 , 提出节能降损措施 。

　　7 . 5 宜在经常发生电容器损毁事件的电容器支路开展电能质量在线监测 , 通过监测电容器支路谐波电流和谐波电压放大情况 , 评估电容器是否存在谐振运行风险 。

　　4

　　GB/T 42154—2022

　　附 录 A

　　(资料性)

　　典型电能质量监测系统架构

　　A. 1 监测系统架构

　　电能质量监测系统由电能质量监测数据源 、监测主站和通信网络组成 , 监测系统架构见图 A. 1 。

　　图 A. 1 典型电能质量监测系统架构

　　A. 2 监测数据源及接入方式

　　电能质量监测系统的数据源包括:电能质量监测专用设备 、智能融合终端 、配电 自动化系统和数据文件等 , 接入方式如下:

　　a) 变电站电能质量监测专用设备:用于变电站电能质量监测数据采集分析 , 采用有线通信方式接入电能质量监测主站 , 支持 DL/T 860(所有部分)所规定的通信协议 。

　　b) 配电台区电能质量监测专用设备:用于配电台区或者用户电能质量监测数据采集分析 , 采用4G无线通信方式接入物联管理平台 , 支持 MQTT通信协议 。

　　c) 智能融合终端:用于配电台区电能质量监测数据采集分析 , 采用 4G无线通信方式接入物联管理平台 , 支持 MQTT通信协议 。

　　d) 配电自动化系统:采用专用数据传输接口实现配电自动化系统与监测主站的信息交互 。

　　e) 数据文件:包括 PQDIF数据文件 、便携式电能质量分析仪测试数据文件 , 采用数据导入方式接入电能质量监测主站 。

　　A. 3 监测主站

　　A. 3 . 1 电能质量监测主站由主站应用软件及其运行环境组成 , 运行环境包括独立配置的数据库服务

　　5

　　GB/T 42154—2022

　　器 、应用服务器 、web 服务器 、通信服务器 、管理工作站以及通信所需的网络设备等。

　　A. 3 . 2 电能质量监测主站采用模块化管理以增强系统的可扩展性,便于数据集成和应用。 监测主站包含以下模块 :

　　a) 数据采集模块,负责与电能质量监测数据源的通信和数据采集 ;

　　b) 数据存储模块,负责完成监测数据存储 ;

　　c) 数据统计分析模块,负责完成监测数据的统计 、分析 ;

　　d) 数据查询与展示模块,负责提供数据统计 、分析结果的查询和展示 ;

　　e) 管理功能模块,提供其他必要的数据管理功能,如台账管理 、权限管理 、数据质量管理等 ;

　　f) 高级应用模块,提供电能质量综合评估 、谐波溯源分析 、电压暂降原因分析等应用。

　　6

　　GB/T 42154—2022

　　附 录 B

　　(资料性)

　　典型电能质量干扰源及监测指标

　　典型电能质量干扰源及监测指标见表 B. 1 。

　　表 B. 1 典型电能质量干扰源及监测指标

　　干扰源类型

　　主要干扰源设备

　　电能质量指标

　　电气化铁路

　　电力机车

　　谐波 、电压波动和闪变 、负序 、电压偏差

　　城市轨道交通

　　有轨及无轨电车

　　谐波 、电压波动和闪变

　　电动汽车充电站

　　电动汽车充电设施

　　谐波

　　电加热负荷

　　交流电弧炉

　　谐波(间谐波) 、电压波动和闪变 、负序

　　直流电弧炉 、精炼炉

　　谐波(间谐波) 、电压波动和闪变

　　电热炉

　　谐波 、电压波动和闪变 、负序

　　中频炉

　　谐波 、电压波动和闪变

　　单(多)晶硅(锗)生产设备

　　谐波

　　轧机

　　交 、直流轧机

　　谐波(间谐波) 、电压波动和闪变

　　电解负荷

　　电解设备

　　谐波 、电压波动和闪变

　　电焊负荷

　　电焊机

　　谐波 、电压波动和闪变

　　起重负荷

　　电铲 、升降机 、门吊等

　　谐波 、电压波动和闪变

　　风电场

　　风力发电机组 、变流器

　　闪变 、谐波(间谐波) 、电压偏差

　　光伏电站

　　变流器

　　谐波 、闪变

　　变频调速负荷

　　变频电机 、水泵

　　谐波 、电压波动和闪变

　　其他

　　变频空调 、大型电梯 、节能照明设备

　　谐波

　　UPS、开关电源 、逆变电源

　　谐波

　　7

　　GB/T 42154—2022

　　附 录 C

　　(资料性)

　　MQTT通信协议

　　C. 1 帧结构

　　MQTT报文帧结构由固定头部(FiXed Header)和载荷(Payload)组成,见表 C. 1 。

　　表 C. 1 帧结构示意表

　　MQTT报文

　　固定头部(FiXedHeader)

　　载荷(Payload)

　　帧结构固定头部长度为 9 字节 。载荷字段长度可变,根据具体帧类型变化 。数据传输采用小端格式,先发送低字节,再发送高字节 。

　　C. 2 固定头部(FixedHeader)

　　C. 2 . 1 格式帧

　　固定头部帧格式和字段约定见表 C. 2 。 固定帧起始标识和数据帧起始标识固定为 0 X68,两者之间是协议信息和有效载荷长度 。

　　表 C. 2 固定头部帧格式和字段约定

　　名称

　　字节数

　　含义

　　固定帧起始标志

　　1

　　0 X68

　　协议信息(PROTO)

　　1

　　见 C. 2 . 2 . 1

　　载荷长度

　　2

　　第二个 0 X68 后的数据长度,单位为字节(byte)

　　数据帧起始标志

　　1

　　0 X68

　　功能码(FUN)

　　1

　　见 C. 2 . 2 . 3

　　附加信息(AUX)

　　1

　　见 C. 2 . 2 . 4

　　信息序号(SEQ)

　　2

　　见 C. 2 . 2 . 5

　　C. 2 . 2 字段说明

　　C. 2 . 2 . 1 协议信息

　　协议信息字段占据一个字节,按不同 bit 为约定功能见表 C. 3 。

　　表 C. 3 协议信息

　　名称

　　缩写

　　含义

　　D7~D5

　　PROTO VERSION

　　—

　　协议版本号,取值范围 0~7 。

　　从 0 开始

　　其他

　　预留

　　预留

　　8

　　GB/T 42154—2022

　　C. 2 . 2 . 2 载荷长度

　　载荷长度占据 2 个字节,最大表示 65 535 个字节 。载荷长度是计算数据帧起始标识(不包括)开始的总数据长度,单位是字节(byte) 。实际载荷长度计算方法为:载荷长度 —4 。

　　C. 2 . 2 . 3 功能码

　　功能码占据一个字节,用于标识数据传输方向和传输数据类别见表 C. 4 。

　　表 C. 4 功能码长度

　　功能码(值)

　　含义

　　0

　　保留

　　1

　　装置登录报文

　　2

　　装置主动上送报文

　　3

　　平台召读报文

　　4

　　平台命令报文

　　5

　　主动上送确认(ACK)

　　6

　　平台召读确认(ACK)

　　7

　　平台命令确认(ACK)

　　8

　　装置分包上送

　　C. 2 . 2 . 4 附加信息

　　附加信息(AUX)用于进行传输控制使用,见表 C. 5 。

　　表 C. 5 附加信息

　　名称

　　缩写

　　含义

　　D7

　　传输方向(FV)

　　—

　　D6~D5

　　数据优先级(PRI)

　　保留

　　01:一级优先级数据

　　10:二级优先级数据

　　11:三级优先级数据

　　一级优先级最大,三级优先级最小

　　D4

　　是否需要回复确认(ACK)

　　不需要回复确认(ACK)

　　需要回复确认(ACK)