一种电能表异常用电监测与记录方法与流程

本发明涉及用电监测，具体为一种电能表异常用电监测与记录方法。

背景技术：

1、现有的异常用电监测通常依赖电能表采集的单一功率或电量数据进行分析。随着用电行为复杂化，仅依赖单一电能数据往往难以准确识别异常状态。引入水表和燃气表的数据进行多维度联合分析能够提高监测准确性，但水表和燃气表通常采用电池供电并处于低频唤醒状态，其采集的数据与电能表的高频数据在时间轴上存在异步差异。直接对这些异构数据进行简单拼接或常规插值，会造成物理特性的失真，导致后续的异常判定产生偏差。

2、在面对大量表计节点接入时，传统的监测系统多采用固定周期的轮询机制分配通信信道。这种通信调度方式未结合各节点的实际运行风险和硬件状态进行动态调整，导致通信资源分配不合理，高风险节点或电池电量较低的节点无法及时完成数据上报。

3、此外，监测节点将采集数据上传至主站的过程中，现有的安全防护手段大多依赖软件层面的常规加密算法。这类方法缺乏与底层通信物理路径绑定的防篡改机制，设备终端一旦遭到侵入，易被伪造报文数据，导致系统接收到的数据缺乏真实性，难以作为异常用电追溯的可靠依据。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种电能表异常用电监测与记录方法，解决了现有用电监测方法通常依赖单一电能数据，难以融合水表与燃气表等异构终端的异步采样数据进行多维度交叉分析；同时，在异常监测过程中，面对大规模异构表计，缺乏基于风险状态的动态通信资源调度机制，且监测数据在传输存储过程中缺乏与物理环境特征绑定的防篡改固证手段的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种电能表异常用电监测与记录方法，应用于边缘集中器，包括以下步骤：

4、接收电能表的轮询数据及包含分支电能参量的物理参量数据，和水表与燃气表的流速参量；在异步设备影子缓存区中利用所述流速参量维持所述水表与所述燃气表的低频唤醒状态量；对所述轮询数据与所述低频唤醒状态量进行时间轴插值对齐，计算对齐后数据的跨业务协方差矩阵，根据所述跨业务协方差矩阵计算实时偏离度与偏离度梯度；当所述实时偏离度与所述偏离度梯度均满足预设异常条件时，触发拓扑校验指令并获取智能监测装置的总输出电量，结合所述分支电能参量进行分支物理线损比对，生成带外异常确证信号；响应于所述带外异常确证信号，自适应缩短对所述电能表的目标轮询周期，并获取高频电能采样数据；基于通信调度延迟与实际接收时间戳提取异步时间偏置误差，并将所述异步时间偏置误差作为动态加密盐值，对所述高频电能采样数据进行散列加密封装，生成跨域固证特征码。

5、优选地，所述在异步设备影子缓存区中利用所述流速参量维持所述水表与所述燃气表的低频唤醒状态量，包括：接收所述水表与所述燃气表在通信唤醒状态下上报的所述流速参量及对应的物理时间戳；在内存地址空间中构建所述异步设备影子缓存区，在所述异步设备影子缓存区中为所述水表与所述燃气表分别构建对应的虚拟映射节点；利用接收到的所述流速参量及对应的所述物理时间戳对所述虚拟映射节点执行内存覆写操作，在不主动唤醒所述水表与所述燃气表的前提下，在本地维持所述低频唤醒状态量。

6、优选地，所述对所述轮询数据与所述低频唤醒状态量进行时间轴插值对齐，包括：将所述电能表的主动轮询时间序列作为基准，将连续的物理时间离散化为固定步长的业务判定时刻，确立同步基准时间轴；采用零阶保持器逻辑，提取处于可信时效内的所述低频唤醒状态量中的所述水表与所述燃气表的所述流速参量并插值映射为当前的所述业务判定时刻的同步流速参量；所述方法还包括：接收环境传感器上报的环境参量，结合预存的流体温度补偿系数对所述同步流速参量进行缩放修正，并将修正后的所述同步流速参量与所述电能表的所述轮询数据中的瞬时有功功率进行拼接，构建多维同步状态列向量。

7、优选地，所述计算对齐后数据的跨业务协方差矩阵，根据所述跨业务协方差矩阵计算实时偏离度与偏离度梯度，包括：将连续生成的多个所述多维同步状态列向量依次存入滑动时间窗口中构建观测数据矩阵，计算所述观测数据矩阵的样本离差矩阵并求和，将求和结果除以样本自由度并生成所述跨业务协方差矩阵；基于最新的所述多维同步状态列向量、滑动时间窗口内的均值向量和所述跨业务协方差矩阵的逆矩阵，计算衡量当前物理状态偏离多能协同基线分布的实时偏离度；计算当前所述实时偏离度与回溯时间步长对应的历史偏离度之间的差值，并求取所述差值与实际跨越的时间长度的比值，获取表征状态劣化速率的所述偏离度梯度。

8、优选地，所述当所述实时偏离度与所述偏离度梯度均满足预设异常条件时，触发拓扑校验指令并获取智能监测装置的总输出电量，结合所述分支电能参量进行分支物理线损比对，生成带外异常确证信号，包括：当判定所述实时偏离度大于预先根据历史正常状态基线设定的静态偏离阈值且所述偏离度梯度大于预先根据系统容错标准设定的偏离度梯度阈值时，触发拓扑校验指令；响应于所述拓扑校验指令，提取对应的局部供能拓扑关系图，并获取所述智能监测装置在配电变压器总进线端采集的所述总输出电量；根据所述总输出电量与所述分支电能参量中包含的同级相邻用户的支路有功功率，基于基尔霍夫定律计算拓扑守恒残差；当所述拓扑守恒残差大于预先根据线路固有线损设定的拓扑容忍裕度时，生成并输出所述带外异常确证信号。

9、优选地，所述响应于所述带外异常确证信号，自适应缩短对所述电能表的目标轮询周期，包括：将所述实时偏离度与所述静态偏离阈值的比值，与所述偏离度梯度与所述偏离度梯度阈值的比值进行加权求和，生成综合风险指数；基于负指数衰减模型，依据所述综合风险指数计算所述目标轮询周期，并将所述目标轮询周期向下就近匹配至硬件支持的离散档位，更新并缩短对所述电能表的所述目标轮询周期。

10、优选地，在缩短所述目标轮询周期并获取高频电能采样数据的过程中，还包括基于令牌仲裁的调度步骤：将待进行数据交互的所述电能表、所述水表与所述燃气表作为待接入节点，并构建通信队列；针对各待接入节点，依据所述综合风险指数、所述待接入节点在通信队列中的已等待时长与所述目标轮询周期的比值、以及基于电池满负荷电量折算出的已消耗电量比值进行加权求和，计算得出动态优先级评分；依据所述动态优先级评分对各所述待接入节点进行降序排列，构建动态仲裁队列；按所述动态仲裁队列次序，依次向对应的所述待接入节点定向下发介质访问控制令牌，有序获取所述高频电能采样数据。

11、优选地，所述基于通信调度延迟与实际接收时间戳提取异步时间偏置误差，并将所述异步时间偏置误差作为动态加密盐值，包括：利用本地实时时钟记录接收所述高频电能采样数据的实际接收时间戳；计算所述实际接收时间戳与所述业务判定时刻的时间差值，并从所述时间差值中扣除所述待接入节点在通信队列中的所述已等待时长与预先测试标定的基准通信传输时延，获取所述异步时间偏置误差；当所述异步时间偏置误差不大于预先根据时钟漂移特性设定的物理偏置容忍度时，将所述异步时间偏置误差进行阵列化封装，生成所述动态加密盐值。

12、优选地，所述将所述异步时间偏置误差作为动态加密盐值，对所述高频电能采样数据进行散列加密封装，生成跨域固证特征码，包括：将所述高频电能采样数据转换为字节流数据，并将终端设备标识、所述业务判定时刻、所述字节流数据和作为所述动态加密盐值的所述异步时间偏置误差依次级联拼接，生成联合位串；提取预置的本地域控私钥，对所述本地域控私钥进行循环平移与复制填充，使所述本地域控私钥的总位宽与所述联合位串对齐，并与所述联合位串进行按位异或运算，生成混淆结果；将所述混淆结果输入预设的单向散列函数中进行映射计算，输出生成所述跨域固证特征码。

13、优选地，生成所述跨域固证特征码之后，还包括数据分级存储与防篡改备份步骤：将所述跨域固证特征码与所述字节流数据结构化封装为固证数据包；提取当前所述固证数据包的所述跨域固证特征码，将所述跨域固证特征码与本地非易失性存储器中上一相邻数据区块的链式索引特征值进行级联拼接与散列运算，生成当前区块的链式索引特征值；当本地存储容量的占用率达到预先根据本地非易失性存储器总容量设定的存储水位阈值，或距上次广域网交互的时间跨度达到预先根据数据留存规范设定的备份校准周期时，将当前区块段内的所述固证数据包集合及最新的所述链式索引特征值封装为系统级备份档案，并加密推送至远端存证平台执行备份。

14、本发明提供了一种电能表异常用电监测与记录方法。具备以下有益效果：

15、1、本发明通过利用零阶保持器逻辑将水表与燃气表的低频流速参量映射至电能表的业务判定时刻，并计算多维同步状态列向量的跨业务协方差矩阵和实时偏离度，同时结合分支电能参量与拓扑守恒残差进行分支物理线损比对。统一了异步异构数据的时间维度，利用多参量联合分布特性识别单一参量下难以发现的异常行为，并结合物理拓扑进行交叉验证，降低了用电异常状态的误判率。

16、2、本发明通过将实时偏离度与静态偏离阈值的比值，以及偏离度梯度与偏离度梯度阈值的比值进行加权生成综合风险指数以确定目标轮询周期，并结合设备已等待时长及电池剩余电量计算动态优先级评分，进而完成信道令牌的仲裁分配。根据终端节点的异常风险水平和自身硬件条件自适应调整通信频率，优先保障高风险节点和低电量节点的数据接入，优化了表计网络的调度效率。

17、3、本发明通过计算报文实际接收时间戳与业务判定时刻的差值，并在扣除已等待时长与预先测试标定的基准通信传输时延后提取异步时间偏置误差，将其作为动态加密盐值与高频电能采样数据联合进行散列加密封装生成跨域固证特征码。将数据传输过程中信道的物理传输特征与业务数据进行绑定，增强了数据在传输过程中的防篡改能力，为用电异常分析提供了可靠的数据追溯依据。