CN111797436A - 一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法。本发明的方法包括：收集配用电系统节能设备上传的节能数据，验证电气量数据对应关系是否正确，并对所有电压电流数据进行中心化、标准化处理；其中对经中心化、标准化处理的电压电流有效值数据提取其正态分布与曲线拟合作为数据特征值，对经中心化、标准化处理的电压电流波形提取其电压电流极值出现的时间差作为特征值；将所得的数据特征值以向量形式储存作为历史特征值，当有新特征值产生后将历史特征值与新特征值进行对比，以对节能数据真伪进行验证。本发明技术方案能够有效实现节能数据的防伪识别，提高节能量验证的安全性。

Description

一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法
技术领域
本发明涉及配用电系统数据计量技术领域，具体涉及一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法。
背景技术
数字化与信息化的飞速发展为配用电系统数据采集与分析带来了前所未有的便利，然而虚拟数据极易被人为篡改，辨别数据真伪便成为配用电系统信息化发展的瓶颈。在配用电系统节能领域需大量电气量数据计算系统节能量，业内确保采集数据真实的一般方法为：采用经认证的计量表计采集数据并对采集到的数据进行加密处理，该方法从软硬件两个层面确保数据真实不被篡改，但其仍存在认证失效、系统加密被破解的风险，无法从根源上确保上传数据的真实性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，该方法基于节能数据物理特性验证其真伪，可以识别通过软硬件手段实现的数据篡改，对计量表计认证要求低，从源头解决了节能数据伪造识别问题。
本发明提供一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，包括如下步骤：
S1、收集配用电系统节能设备上传的节能数据中的电气量数据，所述电气量数据包括配用电系统节能设备进线端与出线端的有功功率P、功率因数、电压有效值U、电流有效值I、电压波形u(t i ) 、电流波形i(t i )；
S2、验证步骤S1中各种电气量数据的对应关系是否正确；
S3、对验证正确的电压有效值、电流有效值、电压波形、电流波形进行中心化、标准化处理；
S4、对经中心化、标准化处理的电压有效值、电流有效值，提取其正态分布与曲线拟合作为数据特征值；
S5、对经中心化、标准化处理的电压波形、电流波形，提取其电压极值、电流极值出现的时间差作为时间差特征值；
S6、每间隔
Figure 58921DEST_PATH_IMAGE002
时间对上述数据特征值和时间差特征值实时计算一次；
S7、将单个节能设备
Figure 291189DEST_PATH_IMAGE002
时间内的数据特征值和时间差特征值以向量形式储存作为历史数据特征值和历史时间差特征值，当有新数据特征值和新时间差特征值产生后，将历史数据特征值和历史时间差特征值与新数据特征值和新时间差特征值进行对比，以对节能数据真伪进行验证。
进一步的，步骤S2利用公式：
Figure 155239DEST_PATH_IMAGE003
计算并验证电压电流有效值、功率因数与负荷有功功率对应关系；
利用公式：
Figure 235191DEST_PATH_IMAGE004
计算并验证电压电流波形与电压电流有效值数据对应关系，其中
Figure 260916DEST_PATH_IMAGE005
为电压电流波形周期。
进一步的，步骤S4选用时间区间
Figure 793528DEST_PATH_IMAGE006
内的所有电压有效值、电流有效值数据，滤波获得数据噪声部分，求取该部分数据正态分布参数与指数函数拟合参数作为数据特征值，并验证曲线拟合度，其中T为当前计算选用的电压有效值、电流有效值数据对应的截止时刻。
进一步的，步骤S5选用最大值的时间差
Figure 195691DEST_PATH_IMAGE007
、最小值的时间差
Figure 130149DEST_PATH_IMAGE008
作为时间差特征值，计算步骤如下：
S5.1、基于电压电流波形，计算得到电压电流的标准参考正弦波形
Figure 77507DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 97416DEST_PATH_IMAGE010
，标准参考正弦应满足条件：
Figure 37690DEST_PATH_IMAGE012
其中
Figure 826654DEST_PATH_IMAGE013
为电压标准参考正弦波形与电压波形间的累计误差，
Figure 459761DEST_PATH_IMAGE014
为电流标准参考正弦波形与电流波形间的累计误差，
Figure 966966DEST_PATH_IMAGE015
为离散的采样时刻，
Figure 710931DEST_PATH_IMAGE016
为电压标准参考正弦波形幅值，
Figure 806932DEST_PATH_IMAGE017
为电流标准参考正弦波形幅值，
Figure 407677DEST_PATH_IMAGE018
为电压标准参考正弦波形相位，
Figure 339861DEST_PATH_IMAGE019
为电流标准参考正弦波形相位，n为采样点数，ur为标准正弦电压参考值，ir为标准正弦电流参考值；
S5.2、将电压、电流的标准参考正弦波形与电压、电流波形相减，得到电压波形与标准参考正弦波差值
Figure 684255DEST_PATH_IMAGE020
、电流波形与标准参考正弦波差值
Figure 385495DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 422721DEST_PATH_IMAGE022
；
S5.3、基于电压波形、电流波形波动值的最大值、最小值对应的时刻，计算
Figure 576622DEST_PATH_IMAGE023
最大值与
Figure 724706DEST_PATH_IMAGE024
最大值的时间差
Figure 31185DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 239312DEST_PATH_IMAGE026
最小值与
Figure 880509DEST_PATH_IMAGE027
最小值的时间差
Figure 566705DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 242537DEST_PATH_IMAGE030
。
进一步的，步骤S7中所述的数据特征值和时间差特征值构造为向量形式为：
Figure 621566DEST_PATH_IMAGE032
其中T为数据特征值和时间差特征值所对应的节能数据时刻，u为对应电压量，i为对应电流量，σ为正态分布参数，a、b为函数拟合参数。
本发明提供的配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，包括如下步骤：S1、收集配用电系统节能设备上传的节能数据中的电气量数据，所述电气量数据包括配用电系统节能设备进线端与出线端的有功功率P、功率因数
Figure 750059DEST_PATH_IMAGE001
、电压有效值U、电流有效值I、电压波形u(t i ) 、电流波形i(t i )；S2、验证步骤S1中各种电气量数据的对应关系是否正确；S3、对验证正确的电压有效值、电流有效值、电压波形、电流波形进行中心化、标准化处理；S4、对经中心化、标准化处理的电压有效值、电流有效值，提取其正态分布与曲线拟合作为数据特征值；S5、对经中心化、标准化处理的电压波形、电流波形，提取其电压极值、电流极值出现的时间差作为时间差特征值；S6、每间隔时间对上述数据特征值和时间差特征值实时计算一次；S7、将单个节能设备时间内的数据特征值和时间差特征值以向量形式储存作为历史时间差特征值，当有新数据特征值和新时间差特征值产生后，将历史数据特征值和历史时间差特征值与新数据特征值和新时间差特征值进行对比，以对节能数据真伪进行验证。本发明利用配用电系统物理规律对节能数据真伪进行辨别，其中包括系统功率、电流电压有效值、电压电流波形的对应关系及其分别的物理特征，可以识别通过软硬件手段实现的数据篡改，降低了对计量表计的认证要求与数据加密要求，从源头解决了节能数据伪造识别问题，确保了数据的真实性，本发明能够有效实现节能数据的防伪识别，提高节能量验证的安全性。
附图说明
图1是本发明配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法的流程图。
图2是本发明所适用的一种配用电系统节能设备连接结构示意图。
图3是配用电系统的节能设备上传的电压数据和电流数据曲线图。
图4是配用电系统的节能设备上传的功率数据、功率因数数据曲线图。
图5是配用电系统的节能设备上传的电压录波数据、电流录波数据曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图5所示，本发明实施例提供一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，包括如下步骤：
S1、收集配用电系统节能设备上传的节能数据中的电气量数据，所述电气量数据包括配用电系统节能设备进线端与出线端的有功功率P、功率因数
Figure 692476DEST_PATH_IMAGE001
、电压有效值U、电流有效值I、电压波形u(t i ) 、电流波形i(t i )。该配用电系统节能设备进线端与出线端应具备计量表计以采集其进线端与出线端的有功功率P、功率因数、电压电流有效值以及电压电流波形u(t i )、i(t i )等节能设备相关电气量数据；
S2、验证步骤S1中电气量数据对应关系是否正确；具体的，利用公式：
Figure 19552DEST_PATH_IMAGE003
计算并验证电压电流有效值、功率因数与负荷有功功率对应关系；
利用公式：
Figure 507166DEST_PATH_IMAGE004
计算并验证电压电流波形与电压电流有效值数据对应关系，其中
Figure 185272DEST_PATH_IMAGE005
为电压电流波形周期；
S3、对验证正确的电压有效值、电流有效值、电压波形、电流波形进行中心化、标准化处理；
S4、对经中心化、标准化处理的电压有效值、电流有效值，提取其正态分布与曲线拟合作为数据特征值；具体的，步骤S4选用时间区间
Figure 416533DEST_PATH_IMAGE033
内的所有电压有效值、电流有效值数据，滤波获得数据噪声部分，求取该部分数据正态分布参数与指数函数拟合参数作为数据特征值，并验证曲线拟合度，其中T为当前计算选用的电压有效值、电流有效值数据对应的截止时刻。
S5、对经中心化、标准化处理的电压波形、电流波形，提取其电压极值、电流极值出现的时间差作为时间差特征值；具体的，步骤S5选用最大值的时间差
Figure 863695DEST_PATH_IMAGE007
、最小值的时间差
Figure 256630DEST_PATH_IMAGE008
作为时间差特征值，计算步骤如下：
S5.1、基于电压电流波形，计算得到电压电流的标准参考正弦波形
Figure 422032DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 942137DEST_PATH_IMAGE010
，标准参考正弦应满足条件：
Figure 509385DEST_PATH_IMAGE034
其中
Figure 73221DEST_PATH_IMAGE013
为电压标准参考正弦波形与电压波形间的累计误差，
Figure 725920DEST_PATH_IMAGE014
为电流标准参考正弦波形与电流波形间的累计误差，
Figure 298983DEST_PATH_IMAGE015
为离散的采样时刻，
Figure 658421DEST_PATH_IMAGE016
为电压标准参考正弦波形幅值，
Figure 721054DEST_PATH_IMAGE017
为电流标准参考正弦波形幅值，
Figure 782420DEST_PATH_IMAGE018
为电压标准参考正弦波形相位，
Figure 221492DEST_PATH_IMAGE019
为电流标准参考正弦波形相位，n为采样点数，ur为标准正弦电压参考值，ir为标准正弦电流参考值；
S5.2、将电压、电流的标准参考正弦波形与电压、电流波形相减，得到电压波形与标准参考正弦波差值
Figure 435435DEST_PATH_IMAGE020
、电流波形与标准参考正弦波差值
Figure 668971DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 968365DEST_PATH_IMAGE022
；
S5.3、基于电压波形、电流波形波动值的最大值、最小值对应的时刻，计算
Figure 945548DEST_PATH_IMAGE023
最大值与
Figure 13998DEST_PATH_IMAGE024
最大值的时间差
Figure 418435DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 955858DEST_PATH_IMAGE026
最小值与
Figure 471153DEST_PATH_IMAGE027
最小值的时间差
Figure 659689DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 235026DEST_PATH_IMAGE035
。
S6、每间隔
Figure 509013DEST_PATH_IMAGE002
时间对上述数据特征值和时间差特征值实时计算一次；
S7、将单个节能设备
Figure 827999DEST_PATH_IMAGE002
时间内的数据特征值和时间差特征值以向量形式储存作为历史数据特征值和历史时间差特征值，当有新数据特征值和新时间差特征值产生后，将历史数据特征值和历史时间差特征值与新数据特征值和新时间差特征值进行对比，以对节能数据真伪进行验证。
本发明实施例设计如下算例进行验证。
以某配用电系统为例对某天0时0分上传的电压、电流、功率值进行数据防伪识别，配用电系统的接入节能设备后的示意图如图2所示。
在该时刻，配用电系统的节能设备上传了过去一天的电压、电流、功率、功率因数数据（以15s为采集周期），以A相为例，具体数据见图3、图4。
经数据滤波处理后，按照步骤S2所述对上传的数据进行验证，利用公式计算并验证电压电流有效值、功率因数与负荷有功功率对应关系。经过验证后，认为所上传过去24小时内的每相各5760组电压、电流、功率、功率因数数据均满足对应关系，即数据上传有效。
按照步骤S3计算所上传的电压、电流数据特征值，所得电压数据的正态分布参数为：
Figure 871041DEST_PATH_IMAGE036
所得电压数据拟合参数为：
Figure 617280DEST_PATH_IMAGE038
所得电流数据的正态分布参数为：
Figure 362251DEST_PATH_IMAGE039
所得电流数据拟合参数为：
Figure 484928DEST_PATH_IMAGE040
配用电系统的节能设备在该时刻同时上传了电压、电流的录波数据，录波数据的采样周期为，仍以A相为例，具体数据见图5。
按照步骤S4计算电压、电流数据录波的时间差特征值为：
A相：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
B相：
Figure 648056DEST_PATH_IMAGE042
C相：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
因此，对配用电系统节能设备该时刻上传数据的时间差特征值记录为（保留四位小数）：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
以此数据的时间差特征值作为历史时间差特征值，在下一个节能数据上传的时刻通过计算当前数据的时间差特征值，与历史时间差特征值的比对后验证节能数据的有效性。
需要说明的是，上述装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、收集配用电系统节能设备上传的节能数据中的电气量数据，所述电气量数据包括配用电系统节能设备进线端与出线端的有功功率P、功率因数
Figure 473599DEST_PATH_IMAGE001
、电压有效值U、电流有效值I、电压波形u(t i ) 、电流波形i(t i )；
S2、验证步骤S1中各种电气量数据的对应关系是否正确；
S3、对验证正确的电压有效值、电流有效值、电压波形、电流波形进行中心化、标准化处理；
S4、对经中心化、标准化处理的电压有效值、电流有效值，提取其正态分布与曲线拟合作为数据特征值；
S5、对经中心化、标准化处理的电压波形、电流波形，提取其电压极值、电流极值出现的时间差作为时间差特征值；
S6、每间隔
Figure 125160DEST_PATH_IMAGE002
时间对上述数据特征值和时间差特征值实时计算一次；
S7、将单个节能设备
Figure 62154DEST_PATH_IMAGE002
时间内的数据特征值和时间差特征值以向量形式储存作为历史数据特征值和历史时间差特征值，当有新数据特征值和新时间差特征值产生后，将历史数据特征值和历史时间差特征值与新数据特征值和新时间差特征值进行对比，以对节能数据真伪进行验证。
2.根据权利要求1所述的一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，其特征在于：步骤S2利用公式：
Figure 254101DEST_PATH_IMAGE003
计算并验证电压电流有效值、功率因数与负荷有功功率对应关系；
利用公式：
Figure 802894DEST_PATH_IMAGE004
计算并验证电压电流波形与电压电流有效值数据对应关系，其中
Figure 297460DEST_PATH_IMAGE005
为电压电流波形周期。
3.根据权利要求2所述的一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，其特征在于：步骤S4选用时间区间
Figure 298914DEST_PATH_IMAGE006
内的所有电压有效值、电流有效值数据，滤波获得数据噪声部分，求取数据的正态分布参数与指数函数拟合参数作为数据特征值，并验证曲线拟合度，其中T为当前计算选用的电压有效值、电流有效值数据对应的截止时刻。
4.根据权利要求3所述的一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，其特征在于：步骤S5选用最大值的时间差
Figure 294552DEST_PATH_IMAGE007
、最小值的时间差
Figure 697852DEST_PATH_IMAGE008
作为时间差特征值，计算步骤如下：
S5.1、基于电压电流波形，计算得到电压电流的标准参考正弦波形
Figure 612587DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 101337DEST_PATH_IMAGE010
，标准参考正弦应满足条件：
Figure 369508DEST_PATH_IMAGE012
其中
Figure 564997DEST_PATH_IMAGE014
为电压标准参考正弦波形与电压波形间的累计误差，
Figure 729262DEST_PATH_IMAGE016
为电流标准参考正弦波形与电流波形间的累计误差，
Figure 767625DEST_PATH_IMAGE017
为离散的采样时刻，
Figure 777169DEST_PATH_IMAGE018
为电压标准参考正弦波形幅值，
Figure 843476DEST_PATH_IMAGE019
为电流标准参考正弦波形幅值，
Figure 913064DEST_PATH_IMAGE020
为电压标准参考正弦波形相位，
Figure 438723DEST_PATH_IMAGE021
为电流标准参考正弦波形相位，n为采样点数，ur为标准正弦电压参考值，ir为标准正弦电流参考值；
S5.2、将电压、电流的标准参考正弦波形与电压、电流波形相减，得到电压波形与标准参考正弦波差值
Figure 251958DEST_PATH_IMAGE022
、电流波形与标准参考正弦波差值
Figure 422039DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure 928107DEST_PATH_IMAGE024
；
S5.3、基于电压波形、电流波形波动值的最大值、最小值对应的时刻，计算
Figure 675483DEST_PATH_IMAGE025
最大值与
Figure 292409DEST_PATH_IMAGE026
最大值的时间差
Figure 566265DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 243234DEST_PATH_IMAGE028
最小值与
Figure 477906DEST_PATH_IMAGE029
最小值的时间差
Figure 632944DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 777617DEST_PATH_IMAGE032
。
5.根据权利要求4所述的一种配用电系统节能设备节能数据伪造识别方法，其特征在于：步骤S7中所述的数据特征值和时间差特征值构造为向量形式为：
Figure 625488DEST_PATH_IMAGE034
其中T为数据特征值和时间差特征值所对应的节能数据时刻，u为对应电压量，i为对应电流量，σ为正态分布参数，a、b为函数拟合参数。
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