一种数据时间戳自校准与可信融合方法及系统与流程

本发明属于综合能源管理与工业自动化数据可信处理，具体涉及一种数据时间戳自校准与可信融合方法、系统及装置。

背景技术：

1、在综合能源站、源网荷储一体化园区及储能电站中，通常需同时接入电表、pcs、bms、冷热源机组、循环泵、空调末端、气象站及各类环境传感器等多种设备，数据来源涵盖modbus、bacnet、opcua、iec104、私有tcp及边缘网关缓存上传等多种协议形式。

2、由于不同设备采样周期、时钟精度及网络传输路径存在差异，实际运行中普遍存在如下问题：

3、1）各数据源时间戳来源不同，存在秒级至分钟级偏移与长期漂移；

4、2）网络延迟、缓存重发及丢包导致数据乱序或重复；

5、3）服务器接收时间与设备采样时间不一致，造成多源数据无法精确对齐；

6、4）错误数据直接进入预测、优化及控制模块，易导致调度误判或控制振荡。

7、在实际工程中，上述时间错位问题将直接导致多源功率、能量及状态量在同一控制周期内无法形成物理一致的状态向量，进而引起预测模型输入畸变、优化调度结果震荡、储能频繁充放电及控制闭环失稳等连锁效应。特别是在秒级甚至亚秒级调度场景中，时间误差放大为功率误差，成为影响综合能源控制精度与稳定性的关键瓶颈因素。

8、因此，亟需一种面向多源异构设备的时间同步与可信融合技术，实现数据时间轴自动对齐与质量评估，从源头提升综合能源调度与控制精度。

技术实现思路

1、本发明提供了一种数据时间戳自校准与可信融合方法、系统及装置，至少可以解决在秒级甚至亚秒级调度场景中，时间误差放大为功率误差，成为影响综合能源控制精度与稳定性的关键瓶颈因素等技术问题。

2、一方面，本发明提供了一种数据时间戳自校准与可信融合方法，包括：

3、获取至少两个异构数据源的能耗采样数据，并为每条采样数据记录设备原始采样时间戳、网关转发时间戳、服务器接收时间戳，以及生成用于唯一标识及跨链路关联的事件标识；

4、基于所述网关转发时间戳与服务器接收时间戳识别链路异常，并对发生链路异常的采样数据进行处理，得到有效样本集；

5、基于所述有效样本集估计每个数据源的时间校准参数，所述时间校准参数至少包括时钟偏移量与时钟漂移率，并根据所述时间校准参数对所述设备原始采样时间戳进行补偿修正，得到校准时间戳；

6、基于所述校准时间戳对多源异构能耗数据进行时间对齐，得到每个数据源对应的对齐后序列；

7、对每个数据源计算可信度，并根据可信度生成融合权重，所述可信度基于数据质量相关指标确定；

8、基于所述融合权重对各数据源的对齐后序列进行加权融合，输出融合结果；

9、当所述可信度满足预设条件时，对控制指令执行限幅或限速，并将所述融合结果及链路异常统计信息反馈用于更新所述时间校准参数与可信度，实现在线闭环自校准与可信融合。

10、在一种可选地实施方式中，基于所述网关转发时间戳与服务器接收时间戳识别链路异常，包括：

11、判断同一数据源的网关转发时间戳序列是否单调递增，若不单调递增则判定为乱序；

12、计算服务器接收时间戳与网关转发时间戳的差值，若该差值超过预设的最大允许延迟阈值，则判定为延迟异常；

13、判断同一事件标识的采样数据在预设时间窗口内是否出现多次，若是则判定为重复上传；

14、将发生上述任一种异常情况的采样数据标记为异常。

15、在一种可选地实施方式中，所述时间校准参数还包括链路往返时延；所述时钟偏移量与链路往返时延通过四时刻双向握手机制获得，该握手机制包括：

16、服务器向数据源所在设备或网关发送时间同步请求，并记录发送时刻；

17、设备或网关接收请求后记录接收时刻，然后将该接收时刻包含在响应报文中；

18、设备或网关发送响应报文前记录发送时刻，并将该发送时刻包含在响应报文中；

19、服务器接收响应报文后记录接收时刻；

20、根据上述四个时刻，计算链路往返时延为上下行传输时间之和的一半，计算握手偏移量为上下行传输时间之差的一半。

21、在一种可选地实施方式中，所述时钟漂移率的估计方法为：在滑动时间窗口内，以每个采样点的设备原始采样时间戳为自变量，以服务器侧经过时延补偿后的参考时间为因变量，拟合一条线性函数；该线性函数的斜率与1的差值即为时钟漂移率。

22、在一种可选地实施方式中，对所述设备原始采样时间戳进行补偿修正，得到校准时间戳，包括：

23、将设备原始采样时间戳乘以漂移修正因子，所述漂移修正因子等于1加上时钟漂移率乘以百万分之一，得到漂移补偿后的时间；

24、在漂移补偿后的时间上加上时钟偏移量，再减去链路时延补偿项，得到校准时间戳；

25、其中，所述链路时延补偿项通过一阶低通滤波计算：当前时刻的链路时延补偿项等于平滑系数乘以上一时刻的链路时延补偿项加上一减平滑系数乘以当前采样点的服务器接收时间戳与网关转发时间戳的差值；链路时延补偿项的初始值设为所述链路往返时延。

26、在一种可选地实施方式中，所述基于所述校准时间戳对多源异构能耗数据进行时间对齐，得到每个数据源对应的对齐后序列，包括：

27、以所有数据源的校准时间戳中的最小值和最大值构建全局时间轴；

28、按照预设的融合周期在全局时间轴上生成一系列等间隔的时间点；

29、对于每个数据源，将每个采样点的校准时间戳匹配到最近的全局时间点上，若某个全局时间点上没有对应的采样点，则采用插值或保持前一有效值的方法填充，从而得到每个数据源在统一时间轴上的对齐后序列。

30、在一种可选地实施方式中，所述数据质量相关指标包括时间连续性、延迟稳定性、抖动稳定性、丢包率、乱序或重复比例、幅值越限比例中的至少两项；其中：

31、所述时间连续性定义为评估窗口内有效采样点数与理论应到点数之比，理论应到点数根据数据源的额定采样周期或窗口内实际到达点数的众数确定；

32、所述延迟稳定性定义为：1减去评估窗口内链路延迟平均值与最大允许延迟阈值的比值，且该值不小于0，其中链路延迟为服务器接收时间戳与网关转发时间戳的差值；

33、所述抖动稳定性定义为：1减去评估窗口内链路延迟标准差与最大允许抖动阈值的比值，且该值不小于0；

34、所述丢包率等于1减去所述时间连续性；

35、所述乱序或重复比例为评估窗口内乱序或重复计数与理论应到点数之比；

36、所述幅值越限比例为采样数值超出预设正常运行上下限的计数与有效采样点数之比。

37、在一种可选地实施方式中，所述可信度的计算方式为：

38、为时间连续性、延迟稳定性、抖动稳定性、一减丢包率、一减乱序或重复比例、一减幅值越限比例分别分配一个在0到1之间的权重，且所有权重之和为1；

39、将上述六个指标值分别乘以对应的权重后求和，得到可信度，该可信度的取值范围为0到1。

40、在一种可选地实施方式中，所述根据可信度生成融合权重，包括：

41、将每个数据源的可信度进行幂运算，幂指数为大于等于1的预设值，得到该数据源的融合权重；

42、在同一融合周期内，将所有数据源的融合权重相加，并将每个数据源的融合权重除以该和值，得到归一化后的融合权重。

43、在一种可选地实施方式中，所述基于所述融合权重对各数据源的对齐后序列进行加权融合，输出融合结果，包括：

44、将每个数据源的对齐后序列值乘以该数据源归一化后的融合权重，得到加权值；

45、将所有数据源的加权值求和，得到分子；

46、将所有数据源的归一化前的融合权重求和，再加上一个极小正数，得到分母；

47、将分子除以分母，得到融合结果。

48、在一种可选地实施方式中，所述预设条件包括以下至少一种：

49、可信度低于预设下限的数据源数量占总数据源数量的比例达到或超过预设比例阈值；

50、任一预先指定的关键数据源的可信度低于所述预设下限且持续时间超过预设时间阈值。

51、在一种可选地实施方式中，所述对控制指令执行限幅或限速，包括：

52、当所述预设条件满足时，将控制指令的幅值限制为不超过预设倍数的额定值，所述预设倍数在0.3至0.7之间；

53、同时限制控制指令每单位时间的变化量不超过预设的最大变化率；

54、当所述预设条件不再满足且连续预设数量的融合周期内均不满足时，恢复原始的控制指令限幅和限速边界。

55、在一种可选地实施方式中，所述将所述融合结果及链路异常统计信息反馈用于更新所述时间校准参数与可信度，包括：

56、将每次融合输出的融合结果与对应的校准时间戳、对齐误差、链路异常统计信息存入反馈缓存；

57、每隔预设的更新周期，基于反馈缓存中的数据重新执行时间校准参数的估计和可信度计算；

58、将更新后的时间校准参数用于后续采样数据的时间戳补偿修正，将更新后的可信度用于后续的融合权重生成。

59、本发明通过记录三级时间戳（设备原始、网关转发、服务器接收）和事件标识，为时间误差的分离提供了完整的数据基础；通过识别链路异常并剔除异常样本，避免了网络扰动污染校准参数；通过估计每个数据源的时钟偏移量和漂移率并对设备原始时间戳进行补偿修正，消除了设备时钟自身的系统误差，实现了毫秒级的时间同步；通过基于校准时间戳的全局时间对齐与重采样，解决了异构采样周期无法直接融合的问题；通过基于多质量指标的可信度计算与加权融合，动态抑制低质量数据的负面影响，输出物理一致的最优估计值；通过可信度触发的控制指令限幅/限速以及闭环反馈更新机制，在数据质量极端情况下保障系统安全运行，并实现长期自适应校准。