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news 2025/10/15 3:48:14

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STDDEV_POP 函数用户手册（智能电表场景）

1. 函数概述

STDDEV_POP 函数计算指定列的总体标准差（Population Standard Deviation）。标准差是衡量数据分布离散程度的重要统计指标，STDDEV_POP 假定输入数据代表整个总体，而不是样本。

2. 函数语法

STDDEV_POP(expr)

参数说明：

expr：数值类型的列名或表达式，支持 TINYINT、SMALLINT、INT、BIGINT、FLOAT、DOUBLE 等数值类型

返回值：

返回 DOUBLE 类型的总体标准差值
如果所有输入值都为 NULL 或没有有效数据，则返回 NULL

3. 函数意义与作用

3.1 为什么需要 STDDEV_POP 函数

在统计学中，标准差有两种计算方式：

总体标准差（Population Standard Deviation）：分母为 N，用于描述整个总体的离散程度
样本标准差（Sample Standard Deviation）：分母为 N-1，用于估计总体标准差

STDDEV_POP 函数专门用于计算总体标准差，当我们拥有完整的总体数据时使用。

3.2 统计学公式

总体标准差的计算公式为：

σ = √(Σ(xi - μ)² / N)

其中：

σ：总体标准差
xi：第 i 个数据值
μ：总体均值
N：数据总数

4. 智能电表应用场景

基于智能电表数据库结构：

CREATE TABLE meters (ts TIMESTAMP,voltage FLOAT,current FLOAT,power FLOAT
) TAGS (groupid int,location VARCHAR(50)
);

4.1 基础示例

电压稳定性分析

-- 计算所有电表电压的总体标准差
SELECT STDDEV_POP(voltage) as voltage_stddev_pop FROM meters;-- 计算电流的总体标准差
SELECT STDDEV_POP(current) as current_stddev_pop FROM meters;-- 计算功率的总体标准差
SELECT STDDEV_POP(power) as power_stddev_pop FROM meters;

按区域分组分析

-- 按地区计算各自的电压标准差
SELECT location,STDDEV_POP(voltage) as voltage_stddev_pop,AVG(voltage) as avg_voltage,COUNT(*) as data_points
FROM meters 
GROUP BY location;

按设备组分析

-- 按设备组计算电流稳定性
SELECT groupid,STDDEV_POP(current) as current_stddev_pop,AVG(current) as avg_current,COUNT(*) as measurements
FROM meters 
GROUP BY groupid;

4.2 时间窗口分析

每小时电压稳定性

-- 分析每小时内电压的稳定性
SELECT STDDEV_POP(voltage) as hourly_voltage_stddev,AVG(voltage) as hourly_avg_voltage,MAX(voltage) - MIN(voltage) as voltage_range
FROM meters 
INTERVAL(1h);

每日功率波动分析

-- 计算每日功率波动情况
SELECT STDDEV_POP(power) as daily_power_stddev,AVG(power) as daily_avg_power
FROM meters 
INTERVAL(1d);

4.3 电网质量监控

电压质量评估

-- 识别电压波动异常的时间段（每10分钟统计）
SELECT STDDEV_POP(voltage) as voltage_stability,CASE WHEN STDDEV_POP(voltage) > 5.0 THEN '电压不稳定'WHEN STDDEV_POP(voltage) > 2.0 THEN '电压轻微波动'ELSE '电压稳定'END as stability_level
FROM meters 
INTERVAL(10m)
HAVING STDDEV_POP(voltage) > 1.0;

按区域电网质量对比

-- 对比不同区域的电网质量
SELECT location,STDDEV_POP(voltage) as voltage_stddev,STDDEV_POP(current) as current_stddev,STDDEV_POP(power) as power_stddev
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 24h
GROUP BY location;

4.4 设备运行状态分析

多指标综合分析

-- 同时分析多个电力参数的稳定性
SELECT location,groupid,STDDEV_POP(voltage) as voltage_stddev,STDDEV_POP(current) as current_stddev,STDDEV_POP(power) as power_stddev,-- 计算变异系数（标准差/均值）STDDEV_POP(voltage) / AVG(voltage) * 100 as voltage_cv_percent,STDDEV_POP(current) / AVG(current) * 100 as current_cv_percent
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 7d
GROUP BY location, groupid;

设备健康状态评估

-- 评估设备健康状态
SELECT location,groupid,COUNT(*) as measurement_count,STDDEV_POP(voltage) as voltage_stability,STDDEV_POP(current) as current_stability,CASE WHEN STDDEV_POP(voltage) < 1.0 AND STDDEV_POP(current) < 0.5 THEN '设备运行良好'WHEN STDDEV_POP(voltage) < 3.0 AND STDDEV_POP(current) < 1.0 THEN '设备运行正常'ELSE '设备需要检查'END as device_status
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 30d
GROUP BY location, groupid;

4.5 负载分析

用电模式稳定性

-- 分析不同时段的用电稳定性
-- 白天时段（6:00-18:00）
SELECT location,STDDEV_POP(power) as daytime_power_stddev,AVG(power) as daytime_avg_power
FROM meters 
WHERE ts >= '2024-09-20 06:00:00' AND ts < '2024-09-20 18:00:00'
GROUP BY location;-- 夜间时段（19:00-23:59）
SELECT location,STDDEV_POP(power) as nighttime_power_stddev,AVG(power) as nighttime_avg_power
FROM meters 
WHERE ts >= '2024-09-20 19:00:00' AND ts <= '2024-09-20 23:59:59'
GROUP BY location;-- 深夜时段（00:00-5:59）
SELECT location,STDDEV_POP(power) as late_night_power_stddev,AVG(power) as late_night_avg_power
FROM meters 
WHERE ts >= '2024-09-20 00:00:00' AND ts < '2024-09-20 06:00:00'
GROUP BY location;

4.6 异常检测应用

电力参数异常监控

-- 检测最近一小时内异常波动的设备组
SELECT groupid,location,voltage_stddev,current_stddev,sample_count
FROM (SELECT groupid,location,STDDEV_POP(voltage) as voltage_stddev,STDDEV_POP(current) as current_stddev,COUNT(*) as sample_countFROM meters WHERE ts >= NOW() - 1hGROUP BY groupid, location
) 
WHERE voltage_stddev > 3.0 OR current_stddev > 1.0;

5. STDDEV_POP 与 STDDEV 的区别

5.1 计算公式差异

函数	计算公式	分母	用途
STDDEV_POP	σ = √(Σ(xi - μ)² / N)	N	总体标准差
STDDEV	s = √(Σ(xi - x̄)² / (N-1))	N-1	样本标准差

5.2 使用场景对比

使用 STDDEV_POP 的场景：

拥有完整的总体数据（如：所有电表的完整数据）
描述当前数据集的实际离散程度

-- 适用于总体分析：分析某区域所有电表的电压分布
SELECT STDDEV_POP(voltage) as population_stddev 
FROM meters 
WHERE location = 'Beijing' AND ts >= NOW() - 24h;

使用 STDDEV 的场景：

样本数据推断总体特征
统计推断和假设检验

-- 适用于样本分析：从部分电表推断总体情况
SELECT STDDEV(voltage) as sample_stddev 
FROM meters 
WHERE groupid IN (1, 3, 5)  -- 选择部分设备组作为样本AND ts >= NOW() - 24h;

6. 性能优化建议

6.1 时间范围限制

-- 推荐：指定时间范围
SELECT STDDEV_POP(voltage) FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 24h;-- 不推荐：无条件全表统计（数据量很大时）
SELECT STDDEV_POP(voltage) FROM meters;

6.2 合理使用分组

-- 推荐：按标签分组减少计算量
SELECT location,STDDEV_POP(voltage) as voltage_stddev
FROM meters 
WHERE ts >= NOW() - 24h
GROUP BY location;

7. 注意事项

NULL 值处理：函数自动忽略 NULL 值，只计算有效数值
数据类型：输入必须是数值类型，结果始终为 DOUBLE 类型
内存使用：大数据集计算时会消耗较多内存
时间范围：建议合理设置时间范围，避免全表扫描
应用选择：根据分析目的选择合适的标准差函数

8. 总结

STDDEV_POP 函数在智能电表监控系统中具有重要价值：

电网质量监控：评估电压、电流稳定性
设备健康管理：监控设备运行状态
负载分析：分析用电模式的稳定性
异常检测：及时发现设备或电网异常
区域对比：对比不同区域的电力质量

通过合理使用 STDDEV_POP 函数，可以有效地进行智能电表数据的稳定性分析，为电力系统运维和优化提供重要的数据支撑。

关于 TDengine

TDengine 专为物联网IoT平台、工业大数据平台设计。其中，TDengine TSDB 是一款高性能、分布式的时序数据库（Time Series Database），同时它还带有内建的缓存、流式计算、数据订阅等系统功能；TDengine IDMP 是一款AI原生工业数据管理平台，它通过树状层次结构建立数据目录，对数据进行标准化、情景化，并通过 AI 提供实时分析、可视化、事件管理与报警等功能。

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