一种基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法

本发明涉及新能源汽车充电设施运行监测，特别是涉及一种基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法。

背景技术：

1、非车载传导式充电机在直流充电过程中，通过充电通信控制器与车辆的电池管理系统交换充电控制数据。gb/t 27930—2023《非车载传导式充电机与电动汽车之间的数字通信协议》规定，在能量传输阶段，车辆发送包含要求电压和要求电流的电池充电需要报文，充电机发送包含输出电压和输出电流的充电机充电状态报文。充电桩监控端能够据此取得同一充电过程中的充电请求数据和实际输出数据，并对充电桩的输出响应状态进行监测。

2、现有技术已经利用充电过程数据和异常检测模型实施充电安全预警。例如，中国专利文献cn117932519b公开了一种新能源汽车充电站监控系统，该系统基于设备状态和环境监测数据，利用孤立森林算法进行异常检测，并根据异常检测结果生成安全预警信息。文献《电动汽车充电状态监测与多级安全预报警方法》（《电工技术学报》2022年第37卷第9期，第2252—2262页）公开了采集充电电压、充电电流和充电温度等充电数据，利用历史充电数据训练预报警模型，并通过滑动窗口处理预测残差，以判断当前充电状态。上述现有技术能够基于充电过程中的连续运行数据形成检测样本，并利用异常检测结果或窗口统计结果实施充电状态预警。

3、然而，现有异常预警方法通常按照连续采集的充电数据或者检测窗口形成待检测样本，对充电请求数据发生变化后的响应过渡数据与响应稳定数据缺少区分处理，持续性响应异常的判定准确性仍有待提高。因此，如何排除充电请求变化对应的响应过渡数据，并基于响应稳定数据识别充电桩的持续性响应异常，是现有技术需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，可解决充电请求变化后的响应过渡数据影响持续性响应异常判定的问题，实现基于响应稳定数据的充电桩供电响应异常预警。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，包括：

4、在充电桩执行充电的过程中，按照预设检测周期划分检测窗口，获取各检测窗口内车辆发送的充电请求数据和充电桩的实际供电数据；

5、根据充电请求数据的变化确定请求变化时刻，将自请求变化时刻起至实际供电数据满足预设响应稳定条件的时间区间确定为响应过渡区间；

6、从各检测窗口中剔除位于响应过渡区间内的充电请求数据和实际供电数据，根据保留的充电请求数据与实际供电数据之间的差值形成响应偏差数据；

7、基于与保留的充电请求数据相匹配的历史正常偏差参考分布，对按照预设偏差区间统计的响应偏差数据进行卡方拟合优度检验，得到分布偏移检验结果；

8、提取响应偏差数据的统计特征，形成响应状态特征向量，将响应状态特征向量输入孤立森林模型，得到异常检测结果；

9、当分布偏移检验结果表征响应偏差分布发生偏移，且异常检测结果表征响应状态异常时，将对应的检测窗口确定为联合异常窗口；当连续出现的联合异常窗口满足预设持续条件时，生成充电桩的异常预警信息。

10、本发明公开了以下有益效果：

11、（1）本发明在充电桩执行充电的过程中，按照预设检测周期划分检测窗口，并同步获取车辆发送的充电请求数据和充电桩的实际供电数据。在充电请求数据发生变化时，根据实际供电数据达到预设响应稳定条件的时刻确定响应过渡区间，并从检测窗口中剔除响应过渡区间内的数据。充电桩根据新的充电请求调整供电状态时产生的暂时性偏差不再参与后续异常判断，保留的数据能够更准确地反映充电桩在响应稳定状态下对车辆充电请求的跟随情况，从而减少正常供电调节过程对异常预警结果的干扰。对于包含n组数据且响应过渡区间包含m组数据的检测窗口，后续分析对象由全部n组数据调整为剩余的n减m组稳定响应数据，避免m组过渡数据改变响应偏差数据的统计分布。

12、（2）本发明根据保留的充电请求数据与实际供电数据之间的差值形成响应偏差数据，并基于与保留的充电请求数据相匹配的历史正常偏差参考分布进行卡方拟合优度检验。历史正常偏差参考分布与当前充电请求数据相匹配，可以减少不同充电请求状态下供电数值差异对分布比较结果的影响。卡方拟合优度检验按照预设偏差区间考察响应偏差数据的整体频数分布，不以单个采样时刻是否超过固定阈值作为唯一判断依据。因此，即使响应偏差数据未出现明显的瞬时越限，只要多个偏差区间内的数据占比相对于历史正常偏差参考分布发生持续改变，仍能够形成相应的分布偏移检验结果，有利于识别充电桩响应状态的渐进性变化。

13、（3）本发明提取响应偏差数据的统计特征并形成响应状态特征向量，通过孤立森林模型判断当前检测窗口对应的响应状态是否偏离正常样本状态。卡方拟合优度检验用于判断响应偏差分布是否发生偏移，孤立森林模型用于判断多个统计特征共同形成的响应状态是否异常。只有分布偏移检验结果表征响应偏差分布发生偏移，并且异常检测结果同时表征响应状态异常时，才将对应的检测窗口确定为联合异常窗口。单次频数波动未被孤立森林识别为异常，或者单个统计特征异常但响应偏差分布未发生偏移时，均不会直接形成联合异常窗口，从而降低单一统计检验或者单一异常检测模型受偶发数据波动影响而产生误判的可能性。

14、（4）本发明在连续出现的联合异常窗口满足预设持续条件后生成异常预警信息，使异常预警建立在多个连续检测窗口的判断结果之上。偶发采样误差、短时通信扰动或者孤立数据点引起的单个联合异常窗口不会立即触发异常预警，只有响应偏差分布偏移和响应状态异常在时间上具有持续性时，才生成充电桩的异常预警信息。因此，本发明能够在排除正常响应过渡数据的基础上，对充电桩持续存在的供电响应异常进行预警，并使异常预警结果与背景技术中需要解决的持续性响应异常识别问题相对应。

1.一种基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，在充电桩执行充电的过程中，按照预设检测周期划分检测窗口，获取各所述检测窗口内车辆发送的充电请求数据和所述充电桩的实际供电数据，包括：

3.根据权利要求2所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，根据所述充电请求数据的变化确定请求变化时刻，将自所述请求变化时刻起至所述实际供电数据满足预设响应稳定条件的时间区间确定为响应过渡区间，包括：

4.根据权利要求3所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，从各所述检测窗口中剔除位于所述响应过渡区间内的所述充电请求数据和所述实际供电数据，根据保留的所述充电请求数据与所述实际供电数据之间的差值形成响应偏差数据，包括：

5.根据权利要求4所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，基于与保留的所述充电请求数据相匹配的历史正常偏差参考分布，对按照预设偏差区间统计的所述响应偏差数据进行卡方拟合优度检验，得到分布偏移检验结果，包括：

6.根据权利要求5所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，基于与保留的所述充电请求数据相匹配的历史正常偏差参考分布，对按照预设偏差区间统计的所述响应偏差数据进行卡方拟合优度检验，得到分布偏移检验结果，包括：

7.根据权利要求6所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，提取所述响应偏差数据的统计特征，形成响应状态特征向量，将所述响应状态特征向量输入孤立森林模型，得到异常检测结果，包括：

8.根据权利要求7所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，提取所述响应偏差数据的统计特征，形成响应状态特征向量，将所述响应状态特征向量输入孤立森林模型，得到异常检测结果，包括：

9.根据权利要求8所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，当所述分布偏移检验结果表征响应偏差分布发生偏移，且所述异常检测结果表征响应状态异常时，将对应的所述检测窗口确定为联合异常窗口，包括：

10.根据权利要求9所述的基于卡方拟合优度检验与孤立森林的充电桩异常预警方法，其特征在于，当连续出现的所述联合异常窗口满足预设持续条件时，生成所述充电桩的异常预警信息，包括：