CN117556271A - 一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法及系统 - Google Patents

一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电站数据处理技术领域，具体而言，涉及一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法及系统，采用本发明所提供的上述方法，主要包括了获取电站各设备的运行数据，建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，分别采集了第一异常值、第二异常值和第三异常值。通过对获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断出对应设备是否发生故障，还是仅是一次正常的波动数据，确定为设备故障的对应运行数据则不进行后续建模的使用，其他数据则去掉异常值，进行正常后续建模使用。

Description

一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法及系统
技术领域
本发明涉及电站数据处理技术领域，具体而言，涉及一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法及系统。
背景技术
各类传感器采集的机组数据被储存在各个数据库中，运行数据为数据驱动建模提供了研究基础。
在电站数据处理的过程中，建模过程中主要依赖于采集到的工程数据。基于数据驱动建模的原理，收集到的数据如存在异常值或缺失值都会对建模效果产生影响，因而数据预处理工作是数据驱动建模的基础性环节。即在模型建立前，需对建模数据集进行异常值检测，筛选出数据集中的异常数据值。
但是机组中大量设备一般长时间处于高湿度、高温度、高压力和大量粉尘污染的环境中，设备所产生的异常值可能是自身故障，也有可能是信号干扰、通讯受阻和执行器扰动等一系列问题的影响，所以产生的异常值如果是设备故障所带来的，那么所采集的数据全部不准确，造成后续简历的系统模型精确度过低，通过该模型所计算出来的数据误差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法及系统，来解决现有技术中的上述问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，包括；
获取电站各设备的待处理运行数据的模拟信号，对模拟信号进行预处理，对预处理后的模拟信号进行转换得到各组运行数据；
建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；
对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，记作第一异常值；
再次进行若干次运行数据的获取，若再次出现同一设备的异常运行数据进行标记，分别记录第二次出现的异常运行数据和第三次的出现的异常运行数据，分别记作第二异常值和第三异常值；
获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常；
若不相同时则判断为正常，并将异常值删除，进行保存；
将该设备异常的数据加密后通过网关发送至边缘设备和云端服务器。
在本发明的一实施例中，所述对模拟信号进行预处理包括对模型信号进行滤波处理，包括；
连续进行x次数的采样，并将所采集的同一次的数据进行若干行的排列，得到第一数集组，所述x为奇数；
通过计步器获取当前读取到第n行数据，当n等于x时，进行滤波；
将x个时间点对应的值从小到大排序得到第二数集组，取位于中间位置的值为第一数集，从第二数集组内随机选取两组数集，为第二数集和第三数集；
通过第一数集、第二数集和第三数集的数据值，计算平均值得到第四数集，将第四数集的数据值输出。
在本发明的一实施例中，包括；
所述第一间隔时间与第二间隔时间不相同时，设置间隔时间阈值；
若第一间隔时间和第二间隔时间均小于间隔时间阈值，则对该设备进行标记处理，并发送出检修信号；
若第一间隔时间和第二间隔时间均大于间隔时间阈值，则不作处理。
在本发明的一实施例中，所述发送出检修信号包括；
设置检修时间阈值，从出现第三异常值时开始计时；
当超过检修时间阈值时，发出对应设备故障的信号。
在本发明的一实施例中，所述将该设备异常的数据加密包括；
获取所要传输的异常数据，生成密钥；
对文件进行加密，生成文件的哈希值；
生成数字签名，发送密文数据和数字签名。
在本发明的一实施例中，所述对文件进行加密包括；
输入超混沌映射的初始参数，迭代并舍去前N次的数据；
得到超混沌实数值密钥流，生成密钥。
在本发明的一实施例中，所述生成密钥包括
将密钥按一定字节值划分为若干组子密钥；
获取设备异常的数据的明文分组，结合通过IDEX分组加密算法对明文分组划分成等长的信息组，结合若干组子密钥，输出加密后的密文分组。
第二方面，本发明还提供了一种基于边缘计算网关的电站数据处理系统，包括；
获取模块，被配置为获取电站各设备的待处理运行数据的模拟信号，对模拟信号进行预处理，对预处理后的模拟信号进行转换得到各组运行数据；
映射模块，被配置为建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；
第一标记模块，被配置为对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，记作第一异常值；
第二标记模块，被配置为再次进行若干次运行数据的获取，若再次出现同一设备的异常运行数据进行标记，分别记录第二次出现的异常运行数据和第三次的出现的异常运行数据，分别记作第二异常值和第三异常值；
对比模块，被配置为获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常；
加密传输模块，被配置为将该设备异常的数据加密后通过网关发送至边缘设备和云端服务器；
主控装置，所述主控装置与所述获取模块、映射模块、第一标记模块、第一标记模块、对比模块和加密传输模块连接，用于执行上述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
采用本发明所提供的上述方法，主要包括了获取电站各设备的运行数据，建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，分别采集了第一异常值、第二异常值和第三异常值。在上述方法中，通过对获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常，这样可以判断出对应设备是发生故障了，还是仅是一次正常的波动数据，确定为设备故障的对应运行数据则不进行后续建模的使用，其他数据则去掉异常值，进行正常后续建模使用，这样所得到的电站数据处理模型更加精确，通过模型所获得的数据也更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一、第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。在本申请中出现的对步骤进行的命名或者编号,并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻辑先后顺序执行方法流程中的步骤,已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。
本申请中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分,实际应用中实现时可以有另外的划分方式,例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中,或一些特征可以忽略,或不执行。
独立说明的模块或子模块可以是物理上分离的,也可以不是物理上的分离:可以是软件实现的,也可以是硬件实现的,且可以部分模块或子模块通过软件实现,由处理器调用该软件实现这部分模块或子模块的功能，且其它部分模板或子模块通过硬件实现，例如通过硬件电路实现。此外,可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本申请方案的目的。
请参照图1，本发明提供的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，包括；
S1：获取电站各设备的待处理运行数据的模拟信号，对模拟信号进行预处理，对预处理后的模拟信号进行转换得到各组运行数据；
获取的模拟信号，可以是通过各种传感器所采集的数据，也可以是由各种设备直接传输出来的模拟信号，包括但不限于电压、电流、温度和湿度等对电站影响较为重要的数据。所采集的模拟信号经过预处理，获得各种设备的相应数据
S2：建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；
例如，电站的电能传输设备，采集电压和电流的数据，设置电压和电流正常阈值的范围；温度采集设备，采集温度数据，设置温度的正常阈值的范围；湿度采集设备，采集湿度数据，设置湿度的正常阈值的范围
S3：对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，记作第一异常值；
S4：再次进行若干次运行数据的获取，若再次出现同一设备的异常运行数据进行标记，分别记录第二次出现的异常运行数据和第三次的出现的异常运行数据，分别记作第二异常值和第三异常值；
S5：获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常；
S6：若不相同时则判断为正常，并将异常值删除，进行保存；
S7：将该设备异常的数据加密后通过网关发送至边缘设备和云端服务器。
采用本发明所提供的上述方法，主要包括了获取电站各设备的运行数据，建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，分别采集了第一异常值、第二异常值和第三异常值。在上述方法中，通过对获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常，这样可以判断出对应设备是发生故障了，还是仅是一次正常的波动数据，确定为设备故障的对应运行数据则不进行后续建模的使用，其他数据则去掉异常值，进行正常后续建模使用，这样所得到的电站数据处理模型更加精确，通过模型所获得的数据也更加准确。
在本发明的一实施例中，所述对模拟信号进行预处理包括对模型信号进行滤波处理，包括；
连续进行x次数的采样，并将所采集的同一次的数据进行若干行的排列，得到第一数集组，所述x为奇数；为奇数次的采集目的在于便于后续的采集中位数。
通过计步器获取当前读取到第n行数据，当n等于x时，进行滤波；将x个时间点对应的值从小到大排序得到第二数集组，取位于中间位置的值为第一数集，从第二数集组内随机选取两组数集，为第二数集和第三数集；通过第一数集、第二数集和第三数集的数据值，计算平均值得到第四数集，将第四数集的数据值输出。
例如，五个设备经过x次的采集，其中X,B,C,D,E分别代表五种设备采集的数据，下标为对应的采集次数，得到第一数据数集组：
{A1，B1，C1，D1，E1}，
{A2，B2，C2，D2，E2}
………
{Ax，Bx，Cx，Dx，Ex}
进行排序后，得到第二数据数集组：
{A′1，B′1，C′1，D′1，E′1}；
{A′2，B′2，C′2，D′2，E′2}；
………
{A′x，B′x，C′x，D′x，E′x}
其中，A′1＜A′2......＜A′x，B，C，D，E设备同理。
取位于中间位置的值为第一数集，第一数集为：
第二数集组随机选取两个数集，作为第二数集和第三数集，为；
{A′a，B′a，C′a，D′a，E′a}，{A′b，B′b，C′b，D′b，E′b}；
通过第一数集、第二数集和第三数集计算平均值，得到第四数集；
最后输出第四数集的数据，通过这样的计算方式，可以一定程度的滤波，使得到的数据更加准确。
在本发明的一实施例中，包括；
所述第一间隔时间与第二间隔时间不相同时，设置间隔时间阈值；若第一间隔时间和第二间隔时间均小于间隔时间阈值，则对该设备进行标记处理，并发送出检修信号；若第一间隔时间和第二间隔时间均大于间隔时间阈值，则不作处理。
具体的是，设置检修时间阈值，从出现第三异常值时开始计时；当超过检修时间阈值时，发出对应设备故障的信号。
在本发明的一实施例中，所述将该设备异常的数据加密包括；
获取所要传输的异常数据，生成密钥；对文件进行加密，生成文件的哈希值；生成数字签名，发送密文数据和数字签名。
更具体的是，所述对文件进行加密包括；
输入超混沌映射的初始参数，迭代并舍去前若干次的数据；得到超混沌实数值密钥流，生成密钥。其中，超混沌实数值是指在混沌系统中生成的一种特殊类型的实数值序列，具有完全无序性的特性。所述生成密钥包括将密钥按一定字节值划分为若干组子密钥；获取设备异常的数据的明文分组，结合通过IDEX分组加密算法对明文分组划分成等长的信息组，结合若干组子密钥，输出加密后的密文分组，其中，IDEX分组加密算法是一种基于身份的加密算法，用于保护数据在传输和存储过程中的安全性。
这样通过上述的加密方式，是电站数据的传输更加安全，避免外部的侵入。
结合上述实施例，本发明提过给一个具体的示例，对上述内容进行进一步的说明；
例如，电压采集设备，在采集数据时，出现了第一次异常的数据，将该数据进行记录，记作第一异常数据，在经过若干次的数据采集后，分别出现了，第二次和第三次的异常的数据，记作，第二异常数据和第三异常数据。
计算获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，若第一间隔时间和第二间隔时间是相同的，说明该设备循环出现了异常的数据，则判断为该设备发生了故障，若是发生随机的异常波动，第一间隔时间和第二间隔时间不会发生相同的可能。
若第一间隔时间和第二间隔时间，则可以判断为正常的波动，可以不做处理，但需要对该设备进行标记，设置需要检修的信号，让巡检人员对该设备注意，不能完全确定该设备一定是正常，有一定的巧合的可能。
第二方面，本发明还提供了一种基于边缘计算网关的电站数据处理系统，包括；
获取模块，被配置为获取电站各设备的待处理运行数据的模拟信号，对模拟信号进行预处理，对预处理后的模拟信号进行转换得到各组运行数据；
映射模块，被配置为建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；
第一标记模块，被配置为对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，记作第一异常值；
第二标记模块，被配置为再次进行若干次运行数据的获取，若再次出现同一设备的异常运行数据进行标记，分别记录第二次出现的异常运行数据和第三次的出现的异常运行数据，分别记作第二异常值和第三异常值；
对比模块，被配置为获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常；
加密传输模块，被配置为将该设备异常的数据加密后通过网关发送至边缘设备和云端服务器；
主控装置，所述主控装置与所述获取模块、映射模块、第一标记模块、第一标记模块、对比模块和加密传输模块连接，用于执行上述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Rexd—OnlyMemory)、随机存取存储器(RXM,Rxndom Xccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，包括；
获取电站各设备的待处理运行数据的模拟信号，对模拟信号进行预处理，对预处理后的模拟信号进行转换得到各组运行数据；
建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；
对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，记作第一异常值；
再次进行若干次运行数据的获取，若再次出现同一设备的异常运行数据进行标记，分别记录第二次出现的异常运行数据和第三次的出现的异常运行数据，分别记作第二异常值和第三异常值；
获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常；
若不相同时则判断为正常，并将异常值删除，进行保存；
将该设备异常的数据加密后通过网关发送至边缘设备和云端服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，所述对模拟信号进行预处理包括对模型信号进行滤波处理，包括；
连续进行x次数的采样，并将所采集的同一次的数据进行若干行的排列，得到第一数集组，所述x为奇数；
通过计步器获取当前读取到第n行数据，当n等于x时，进行滤波；
将x个时间点对应的值从小到大排序得到第二数集组，取位于中间位置的值为第一数集，从第二数集组内随机选取两组数集，为第二数集和第三数集；
通过第一数集、第二数集和第三数集的数据值，计算平均值得到第四数集，将第四数集的数据值输出。
3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，包括；
所述第一间隔时间与第二间隔时间不相同时，设置间隔时间阈值；
若第一间隔时间和第二间隔时间均小于间隔时间阈值，则对该设备进行标记处理，并发送出检修信号；
若第一间隔时间和第二间隔时间均大于间隔时间阈值，则不作处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，所述发送出检修信号包括；
设置检修时间阈值，从出现第三异常值时开始计时；
当超过检修时间阈值时，发出对应设备故障的信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，所述将该设备异常的数据加密包括；
获取所要传输的异常数据，生成密钥；
对文件进行加密，生成文件的哈希值；
生成数字签名，发送密文数据和数字签名。
6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，所述对文件进行加密包括；
输入超混沌映射的初始参数，迭代并舍去前若干次的数据；
得到超混沌实数值密钥流，生成密钥。
7.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法，其特征在于，所述生成密钥包括
将密钥按一定字节值划分为若干组子密钥；
获取设备异常的数据的明文分组，结合通过IDEX分组加密算法对明文分组划分成等长的信息组，结合若干组子密钥，输出加密后的密文分组。
8.一种基于边缘计算网关的电站数据处理系统，其特征在于，包括；
获取模块，被配置为获取电站各设备的待处理运行数据的模拟信号，对模拟信号进行预处理，对预处理后的模拟信号进行转换得到各组运行数据；
映射模块，被配置为建立各设备运行数据的正常阈值的范围，将获取的各组运行数据分别对应映射至正常阈值的取值范围内；
第一标记模块，被配置为对不在正常阈值范围内的异常运行数据进行标记，记作第一异常值；
第二标记模块，被配置为再次进行若干次运行数据的获取，若再次出现同一设备的异常运行数据进行标记，分别记录第二次出现的异常运行数据和第三次的出现的异常运行数据，分别记作第二异常值和第三异常值；
对比模块，被配置为获取第一异常值与第二异常值之间的第一间隔时间，第二异常值与第三异常值的第二间隔时间，判断第一间隔时间与第二间隔时间是否相同，若相同则判断对应设备发生异常，若不相同时则判断为正常；
加密传输模块，被配置为将该设备异常的数据加密后通过网关发送至边缘设备和云端服务器；
主控装置，所述主控装置与所述获取模块、映射模块、第一标记模块、第一标记模块、对比模块和加密传输模块连接，用于执行权利要求1至7中任一项所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于边缘计算网关的电站数据处理方法。
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