周波级电力数据的同步方法及系统、设备、存储介质

技术领域

本发明涉及电力数据同步技术领域，特别地，涉及一种周波级电力数据的同步方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质。

背景技术

目前，电网的高度智能化对数据提出了更高的要求，需要进一步提高数据广度与数据深度，在广度方面需要应用更多维的数据，如增加气象数据、地理信息数据、电力市场数据等等，而在深度方面需要更高频率、更高同步性的电力量测数据，例如20ms的周波级数据，以提供更细节更丰富更准确的数据特征。而目前电网的数据以分钟级数据为主，随着电网智能化水平的提升，未来会有越来越多的智能应用使用周波级电力数据，而如何实现周波级数据间的同步性，成为亟待解决的问题。

如图1所示，在同一供电线缆的a、b两个节点部署了两个计量设备，通过高频电流、电压采样，可以得到周波内的电流瞬时值、电压瞬时值，并进一步可以计算每个周波的电流有效值、电压有效值和有功功率等，a、b两节点的周波级数据(采样值、有效值、功率等)经过同步后可应用于进一步的智能计算。但是，a、b两节点的计量设备的高频采样在计量芯上完成，通常无法在不同设备的计量芯上做到周波级的严格时间同步，因此需要对两台计量设备的数据进行后处理，实现数据的周波级同步。而大多数情况下(如中高压线路、低压台区总分支线路等等)，供电线缆的电流很大，其电流波动、电压波动相对很小且随机，很难直接通过电流幅值、电压幅值实现周波级的同步。

发明内容

本发明提供了一种周波级电力数据的同步方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有技术无法实现周波级电力数据的同步的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种周波级电力数据的同步方法，包括以下内容：

获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列；

设置滑动窗口，所述滑动窗口包括等宽的左侧数据区和右侧数据区；

利用滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，每滑动一次则计算左侧数据区内的数据曲线与右侧数据区内的数据曲线之间的皮尔逊系数，从而得到两个节点的皮尔逊系数序列；

基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列；

利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差；

基于同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理。

进一步地，所述周波级数据包括电流、电压、有功功率、无功功率和视在功率中的任一种。

进一步地，所述基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列的过程具体为：

对于每个节点，将皮尔逊系数序列中后一点的皮尔逊系数减去前一点的皮尔逊系数，从而得到皮尔逊系数变化值，逐一相减，得到皮尔逊系数变化值序列。

进一步地，所述滑动窗口的大小为300ms～500ms。

进一步地，所述滑动窗口的大小为400ms。

进一步地，当两个点在皮尔逊系数变化值序列中的位置和皮尔逊系数变化值均匹配时，则判定两个点匹配成功，当两个目标匹配序列中匹配成功的点数达到预设阈值时，则判定两个目标匹配序列匹配成功。

进一步地，当两个目标匹配序列中匹配成功的点数大于或等于目标匹配序列包括的总点数的一半时，则判定两个目标匹配序列匹配成功。

另外，本发明还提供一种周波级电力数据的同步系统，包括：

数据采集模块，用于获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列；

滑动窗口设置模块，用于设置滑动窗口，所述滑动窗口包括等宽的左侧数据区和右侧数据区；

第一数据处理模块，用于利用滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，每滑动一次则计算左侧数据区内的数据曲线与右侧数据区内的数据曲线之间的皮尔逊系数，从而得到两个节点的皮尔逊系数序列；

第二数据处理模块，用于基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列；

数据匹配模块，用于利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差；

时间同步模块，用于基于同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理。

另外，本发明还提供一种设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。

另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储对周波级电力数据进行同步的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。

本发明具有以下效果：

本发明的周波级电力数据的同步方法，首先获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列，然后利用设置好的滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，以得到两个节点的皮尔逊系数序列，再基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列，然后利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差，最后利用同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理，实现同一通电线缆上两个节点的周波级数据同步。本发明采用皮尔逊系数变化值进行匹配计算，皮尔逊系数变化值越大，意味着滑动窗口左右数据区数据曲线间的相关性变化越大，而在实际情况中，对于一个节点，其在几十个周波内出现突变性影响的概率很小，因此，当窗口滑动时，前后窗口左右数据区数据曲线间的相关性在多数情况下变化不大，即多数情况下皮尔逊系数变化值不大，而本发明选择较少出现的皮尔逊系数变化值大的时机做波形同步，在时机选择上具有很好的排他性，可以有效地消除误差的影响，提高了同步准确性，缩短了同步时间。

另外，本发明的周波级电力数据的同步系统、设备、存储介质同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是在同一供电线缆上的a、b节点部署计量设备进行周波级数据采集的示意图。

图2是本发明优选实施例的周波级电力数据的同步方法的流程示意图。

图3是本发明优选实施例中滑动窗口的示意图。

图4是本发明优选实施例中利用滑动窗口在a节点的周波级有功功率序列中滑动的示意图。

图5是某低压台区的周波级功率曲线示意图。

图6是本发明另一实施例的周波级电力数据的同步系统的模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2所示，本发明的优选实施例提供一种周波级电力数据的同步方法，包括以下内容：

步骤S1：获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列；

步骤S2：设置滑动窗口，所述滑动窗口包括等宽的左侧数据区和右侧数据区；

步骤S3：利用滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，每滑动一次则计算左侧数据区内的数据曲线与右侧数据区内的数据曲线之间的皮尔逊系数，从而得到两个节点的皮尔逊系数序列；

步骤S4：基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列；

步骤S5：利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差；

步骤S6：基于同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理。

可以理解，本实施例的周波级电力数据的同步方法，首先获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列，然后利用设置好的滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，以得到两个节点的皮尔逊系数序列，再基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列，然后利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差，最后利用同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理，实现同一通电线缆上两个节点的周波级数据同步。本发明采用皮尔逊系数变化值进行匹配计算，皮尔逊系数变化值越大，意味着滑动窗口左右数据区数据曲线间的相关性变化越大，而在实际情况中，对于一个节点，其在几十个周波内出现突变性影响的概率很小，因此，当窗口滑动时，前后窗口左右数据区数据曲线间的相关性在多数情况下变化不大，即多数情况下皮尔逊系数变化值不大，而本发明选择较少出现的皮尔逊系数变化值大的时机做波形同步，在时机选择上具有很好的排他性，可以有效地消除误差的影响，提高了同步准确性，缩短了同步时间。

可以理解，在所述步骤S1中，对同一供电线缆上的a、b节点进行高频交流采样，得到每个周波的采样数据，并计算相应的有功功率，形成a、b节点的周波级有功功率序列。可选地，周波级数据也可以是电流、电压、无功功率和视在功率中的任一种。为了便于描述，本发明采用有功功率作为电力数据进行后续说明。

可以理解，如图3所示，构建一个包括等宽的左侧数据区和右侧数据区的滑动窗口，其中，所述滑动窗口的大小为300ms～500ms，优选为400ms，即左侧数据区和右侧数据区内各有10个周波的数据。而对于一个节点，其在几十个周波内出现突变性影响的概率很小，其滑动窗口左右数据区功率曲线间的相关性在多数情况下变化不大，亦即多数情况下其皮尔逊系数变化值不大，因此较大的皮尔逊系数变化值可以作为一个显著的易于匹配的特征，可以应用于后续的周波级数据同步。

可以理解，如图4所示，利用滑动窗口在a节点的周波级功率序列中滑动，例如窗口1滑动到窗口2，每次滑动时计算左侧数据区内的功率曲线和右侧数据区内的功率曲线间的皮尔逊系数，随着滑动窗口的不断滑动可以计算得到a节点相应的皮尔逊系数序列。同理，利用滑动窗口在b节点的周波级功率序列中滑动，每次滑动时计算左侧数据区内的功率曲线和右侧数据区内的功率曲线的皮尔逊系数，随着滑动窗口的滑动，可以得到b节点相应的皮尔逊系数序列。其中，皮尔逊系数的计算公式为现有技术，故在此不再赘述。

可以理解，所述步骤S4中基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列的过程具体为：

对于每个节点，将皮尔逊系数序列中后一点的皮尔逊系数减去前一点的皮尔逊系数，从而得到皮尔逊系数变化值，逐一相减，得到皮尔逊系数变化值序列。

其中，当两个点在皮尔逊系数变化值序列中的位置和皮尔逊系数变化值均匹配时，则判定两个点匹配成功，当两个目标匹配序列中匹配成功的点数达到预设阈值时，则判定两个目标匹配序列匹配成功。

可选地，当两个目标匹配序列中匹配成功的点数大于或等于目标匹配序列包括的总点数的一半时，则判定两个目标匹配序列匹配成功。

具体地，定义皮尔逊系数变化值为皮尔逊系数序列中后一点的皮尔逊系数减去前一点的皮尔逊系数，从而可以得到a、b节点的皮尔逊系数变化值序列，在皮尔逊系数变化值序列中每个点的数据包括下标和变化值幅值，其中，下标指的是该点在皮尔逊系数变化值序列中的位置。然后，从a、b节点的皮尔逊系数变化值序列中选出较大的m个点，从而得到a、b节点的目标匹配序列。

然后，利用选出的两个目标匹配序列进行匹配，当两个目标匹配序列中的两个点的皮尔逊系数变化值基本相同且下标同步时，则判定两个点匹配成功，当两个目标匹配序列中匹配成功的点数n达到预设阈值时，则判定两个目标匹配序列匹配成功，则将匹配成功的n对点的平均时间偏差作为a、b节点间周波级数据的同步偏差。最后，利用同步偏差对a、b节点的周波级数据进行时间同步处理。其中，m和n的值可以根据需要进行设定，作为优选的，n≥m/2。

可以理解，若两个目标匹配序列匹配失败，则意味着当前a、b节点的周波级有功功率序列匹配失败，则需要更新a、b节点的周波级有功功率序列，重复执行步骤S1～S5，直至匹配成功。

可以理解，本发明应用于某低压台区时，如图5所示，某低压台区的功率曲线共有3000个周波，60秒，这种波形很难直接应用功率、电流等电气量进行同步。而采用本发明的方案，使用20个周波宽度的滑动窗口计算皮尔逊系数序列，共2979个值，再计算皮尔逊系数变化值，皮尔逊系数变化值的分布如表1所示：

表1、某低压台区的皮尔逊系数变化值分布表

从表1可以看出，皮尔逊系数变化值大于0.8的只有9次，其[下标,皮尔逊系数变化值]分别为([86,0.98794825757118321]、[948,0.96094467157097085]、[1021,1.0013876766921606]、[1031,0.84986118683592327]、[1166,0.9665723866657534]、[1176,1.1831703257154196]、[1236,1.0052219706749663]、[1661,0.81397608645875508]、[2759,0.89936112600397311])。显然，皮尔逊系数变化值越大，出现的次数越少，且变化值分布越稀疏，越不容易受到误差的影响，对于同一份数据，若使用皮尔逊系数绝对值最小值作为匹配特征，就不具备这种稀疏性，例如皮尔逊系数序列中前五个最小值分别为(0.000372、0.001034、0.00121、0.001253、0.00199)，此时电表的误差或者其它偶然因素会明显地影响计算结果。

另外，如图6所示，本发明还提供一种周波级电力数据的同步系统，优选采用如上所述的同步方法，该同步系统包括：

数据采集模块，用于获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列；

滑动窗口设置模块，用于设置滑动窗口，所述滑动窗口包括等宽的左侧数据区和右侧数据区；

第一数据处理模块，用于利用滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，每滑动一次则计算左侧数据区内的数据曲线与右侧数据区内的数据曲线之间的皮尔逊系数，从而得到两个节点的皮尔逊系数序列；

第二数据处理模块，用于基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列；

数据匹配模块，用于利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差；

时间同步模块，用于基于同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理。

可以理解，本实施例的周波级电力数据的同步系统，首先获取同一供电线缆上两个节点的周波级数据序列，然后利用设置好的滑动窗口分别在两个节点的周波级数据序列中滑动，以得到两个节点的皮尔逊系数序列，再基于两个节点的皮尔逊系数序列得到两个节点的皮尔逊系数变化值序列，并分别选出皮尔逊系数变化值较大的前m个点构成目标匹配序列，然后利用两个目标匹配序列进行匹配，若匹配成功，则将两个目标匹配序列中匹配成功的多个点的平均时间偏差作为两节点的同步偏差，最后利用同步偏差对两个节点的周波级数据进行时间同步处理，实现同一通电线缆上两个节点的周波级数据同步。本发明采用皮尔逊系数变化值进行匹配计算，皮尔逊系数变化值越大，意味着滑动窗口左右数据区数据曲线间的相关性变化越大，而在实际情况中，对于一个节点，其在几十个周波内出现突变性影响的概率很小，因此，当窗口滑动时，前后窗口左右数据区数据曲线间的相关性在多数情况下变化不大，即多数情况下皮尔逊系数变化值不大，而本发明选择较少出现的皮尔逊系数变化值大的时机做波形同步，在时机选择上具有很好的排他性，可以有效地消除误差的影响，提高了同步准确性，缩短了同步时间。

可以理解，本实施例的系统中的各个模块分别与上述方法实施例中的各个步骤相对应，故各个模块的具体工作过程和工作原理在此不再赘述，参考上述方法实施例即可。

另外，本发明还提供一种设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。

另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储对周波级电力数据进行同步的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。

一般计算机可读取存储介质的形式包括：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其与的磁性介质、CD-ROM、任何其余的光学介质、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程只读存储器(FLASH-EPROM)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。