一种基于边缘计算的配电网数据质量管控方法与流程

本发明涉及边缘计算，具体为一种基于边缘计算的配电网数据质量管控方法。

背景技术：

1、随着配电网自动化程度不断提高，大量智能电能表、开关智能终端、馈线终端以及监测设备接入电力物联网，面向配电网运行分析、线损管理、台区精益运维、负荷预测等业务的数据来源愈加依赖现场量测数据和设备状态数据。

2、然而，受现场通信链路质量、授时系统异常、采集终端故障、拓扑变更未同步等因素影响，配电网量测数据中普遍存在时间戳漂移、数据缺测、错接错挂、状态与实际运行不一致等问题，导致主站侧业务系统对数据的可靠性难以保障，出现计算结果失真、告警误报漏报等现象。

3、现有技术中，数据质量校验通常在主站侧集中完成，通过对历史数据进行统计分析或对全网拓扑进行一致性校核，存在依赖集中计算资源、对通信带宽要求高、无法利用边缘节点之间的就近相关性开展互证、对实时业务支撑能力有限等不足。

4、同时，随着边缘计算技术在配电网的应用推广，边缘节点具备一定的就地计算能力和就近通信能力，但仍缺乏一种结合配电网电气拓扑约束、时间同步状态、邻域互证以及通信链路记录，在边缘侧形成闭环的数据质量管控机制，对数据进行分级准入和本地修复，以提升数据质量。

5、为此，提出一种基于边缘计算的配电网数据质量管控方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的配电网数据质量管控方法，边缘节点首先获取本地数据，通过校验开关-电流、上下游电压和台区总分表守恒关系，生成电气一致性因子；根据时间可信因子确定邻域互证时间窗，通过边缘侧就近通信比对同台区邻域边缘节点采集的同类型量测数据，得到邻域互证因子。随后，边缘节点融合电气、邻域、时间与链路四项因子，计算出综合质量可信度；基于该可信度将数据分为可修复、隔离或待复核状态，分别执行本地修复、本地阻断或上传主站复核。该方法有效提升了数据的实时质量。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于边缘计算的配电网数据质量管控方法，包括：边缘节点获取本地采集的待校验量测数据、开关状态数据、通信链路状态数据和时间同步状态数据；基于预先配置的电气一致性约束规则，对待校验量测数据进行一致性校验，得到电气一致性因子；电气一致性约束规则包括开关-电流通断关系、上下游电压梯度关系、台区总分表守恒关系；

4、边缘节点根据时间同步状态确定时间可信因子，并基于时间可信因子确定邻域互证时间窗；在邻域互证时间窗内，通过边缘侧就近通信获取同台区邻域边缘节点采集的同类型量测数据，基于邻域互证权重将待校验量测数据与同类型量测数据进行比对，得到邻域互证因子；边缘节点根据待校验量测数据对应通信链路的通信链路状态，确定链路可信因子；

5、边缘节点融合电气一致性因子、邻域互证因子、时间可信因子和链路可信因子这四项因子，得到综合质量可信度，并基于综合质量可信度确定业务准入状态，业务准入状态包括可修复状态、隔离状态和待复核状态；

6、针对处于可修复状态的数据进行本地修复，针对处于隔离状态的数据执行本地阻断；针对处于待复核状态的数据，向主站上传待复核数据的原始量测数据，以及对应的综合质量可信度和上述四项因子。

7、优选的，所述待校验量测数据包括电压量测数据和表计数据；所述表计数据包括台区总表数据和分表数据；电气一致性约束规则的配置过程包括：边缘节点获取配电网的拓扑版本标识和拓扑连接关系，确定所述边缘节点对应的馈线位置、台区位置、开关位置和表计挂接位置，并根据馈线位置、台区位置、开关位置和表计挂接位置生成对应拓扑位置的电气一致性约束规则。

8、优选的，所述电气一致性因子的生成过程包括：边缘节点根据开关状态数据判断与开关关联线路的电流通断状态是否匹配，得到开关-电流通断校验结果；根据上下游节点的电压量测数据判断电压变化方向是否符合拓扑供电方向，得到上下游电压梯度校验结果；根据台区总表数据与分表数据判断电量守恒关系是否满足预设守恒条件，得到台区总分表守恒校验结果；边缘节点融合开关-电流通断校验结果、上下游电压梯度校验结果和台区总分表守恒校验结果，得到电气一致性因子。

9、优选的，所述时间可信因子的生成过程包括：边缘节点获取本地时钟状态、授时源状态、最近一次授时记录和数据采集时间戳，依据本地时钟与授时源之间的偏差程度确定所述时间可信因子，并依据所述时间可信因子调整所述邻域互证时间窗。

10、优选的，所述邻域互证时间窗的确定过程包括：当时间可信因子表征时间同步状态可信时，边缘节点采用第一时间窗进行邻域互证；当时间可信因子表征时间同步状态异常时，边缘节点采用第二时间窗进行邻域互证；其中，第二时间窗覆盖的时间范围大于第一时间窗覆盖的时间范围。

11、优选的，所述邻域互证因子的生成过程包括：边缘节点确定与所述待校验量测数据对应的量测类型和拓扑位置，在同一台区内筛选与所述拓扑位置存在电气关联关系的邻域边缘节点，通过边缘侧就近通信获取所述邻域边缘节点在所述邻域互证时间窗内采集的同类型量测数据，将所述待校验量测数据与所述同类型量测数据进行偏差比对和趋势比对，并根据偏差比对结果和趋势比对结果生成所述邻域互证因子。

12、优选的，所述邻域互证权重的确定过程包括：边缘节点根据所述邻域边缘节点与所述待校验量测数据对应量测点之间的电气距离、通信时延和数据采集时间差，通过预设的权重计算函数计算各邻域边缘节点对应的初始权重，并对各初始权重进行归一化处理，得到所述邻域互证权重；其中，所述初始权重与所述电气距离、所述通信时延以及所述数据采集时间差均呈负相关。

13、优选的，所述链路可信因子的生成过程包括：边缘节点读取所述待校验量测数据从采集终端传输至所述边缘节点所经过的通信链路记录，所述通信链路记录包括链路连通状态、传输时延、重传记录、丢包记录和链路切换记录，边缘节点根据所述通信链路记录确定所述链路可信因子。

14、优选的，所述业务准入状态的确定过程包括：边缘节点按照预设融合规则融合电气一致性因子、邻域互证因子、时间可信因子和所述链路可信因子，得到综合质量可信度；当综合质量可信度满足本地修复准入条件时，将业务准入状态确定为可修复状态；当综合质量可信度满足业务阻断条件时，将业务准入状态确定为隔离状态；当综合质量可信度不满足本地修复准入条件且不满足业务阻断条件时，将业务准入状态确定为待复核状态。

15、优选的，所述针对处于可修复状态的数据进行本地修复的过程包括：边缘节点根据所述待校验量测数据的异常类型选择对应的修复方式，所述修复方式包括时间戳修正、相邻采集周期数据补偿、邻域同类型量测数据补偿和基于所述电气一致性约束规则的数据修正；边缘节点对修复后的数据重新计算所述综合质量可信度，并在重新计算得到的所述综合质量可信度满足目标业务准入条件时，将修复后的数据提供给目标业务。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、1、现有技术中，时间同步机制异常会导致边缘节点的数据采集时标发生偏移，进而影响本地量测数据与邻域量测数据之间的时间匹配关系。本发明将时间同步状态转换为时间可信因子，并根据时间可信因子动态选择邻域互证时间窗。当时间同步状态可信时，采用第一时间窗，并选择与本地待校验量测数据的采集时标时间差较小的邻域同类型量测数据进行互证；当时间同步状态异常时，采用覆盖范围更大的第二时间窗，以扩大候选邻域数据的搜索范围。

18、在第二时间窗下，本发明提高趋势比对结果在相似度得分中的权重，并降低单点偏差比对结果的权重；对于时间匹配不足或者无法获得有效时序数据的邻域节点，不将其纳入邻域互证因子的计算。由此能够降低较长时间跨度内负荷自然变化对邻域互证结果的影响，提高时间同步异常工况下邻域互证结果的准确性。

19、2、本发明分别保留电气一致性因子、邻域互证因子、时间可信因子和链路可信因子的计算结果，并结合数据缺测标记、开关－电流通断校验结果、上下游电压梯度校验结果及台区总分表守恒校验结果，确定待校验量测数据对应的异常类型。对于能够唯一归因的异常，边缘节点分别采用相邻采集周期数据补偿、时间戳修正、邻域同类型量测数据补偿、基于电气一致性约束规则的数据修正，或者采用完整重传成功数据、链路切换后完整数据进行传输数据修正；对于异常原因无法唯一确定或者缺少有效修复数据的情形，将相应数据转入待复核状态。由此提高异常原因识别、本地修复及业务准入过程的可解释性和确定性。

20、3、传统数据校验高度依赖主站汇聚全网数据进行集中校核，不仅对通信带宽要求极高，且难以支撑实时性业务需求。本发明将预置的“拓扑电气一致性规则”下沉至边缘节点本地，并就近拉取同台区邻域数据。对于未设置数据缺测标记且各因子均能够正常计算的数据，本发明通过在边缘侧融合ef、nf、tf和lf得到综合质量可信度，并结合各因子的具体取值确定业务准入状态；对于数据缺测、校验结果待确认或者有关因子无法可靠计算的数据，则根据数据补偿条件或待复核条件进行分流，从而在边缘侧将量测数据确定为可修复状态、隔离状态或待复核状态。该方案不仅在边缘端直接阻断了劣质数据、修复了可挽救数据，有效拦截了无效流量上传，更让边缘节点直接向“线损分析、精益运维”等下游业务输出高质量数据。