TDengine 数学函数 SIGN 用户手册 - 详解

SIGN 函数

语法

SIGN(expr)

功能说明

返回数值表达式的符号，用于判断数值的正负性。

版本

v3.3.3.0

返回结果类型

与输入字段的原始数据类型一致。

适用数据类型

数值类型。

嵌套子查询支持

适用于内层查询和外层查询。

适用于

表和超级表。

使用说明

• 如果 expr 为负数，返回 -1。
• 如果 expr 为正数，返回 1。
• 如果 expr 为 0，返回 0。
• 如果 expr 为 NULL，返回 NULL。
• 只能与普通列、TAG 列、选择（Selection）、投影（Projection）函数一起使用，不能与聚合（Aggregation）函数一起使用。

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示例所用表与数据（可直接复制执行）

-- 建库与使用
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS power;
USE power;
-- 智能电表表结构（带相位信息）
CREATE STABLE meters (
ts TIMESTAMP,
current FLOAT,
voltage INT,
phase FLOAT,
power DOUBLE
) TAGS (
groupid INT,
location VARCHAR(64)
);
-- 子表
CREATE TABLE d1001 USING meters TAGS (1, 'California.SanFrancisco');
CREATE TABLE d1002 USING meters TAGS (2, 'California.LosAngeles');
-- 写入数据（包含正负功率值，模拟发电和用电场景）
INSERT INTO d1001 VALUES
('2024-01-01 10:00:00.000', 10.3, 220, 30.0, 2266.0),
('2024-01-01 10:01:00.000', -5.2, 221, 45.0, -1149.2),
('2024-01-01 10:02:00.000', 8.5, 223, 60.0, 1895.5),
('2024-01-01 10:03:00.000', -3.8, 222, 120.0, -843.6),
('2024-01-01 10:04:00.000', 0.0, 220, 0.0, 0.0);
INSERT INTO d1002 VALUES
('2024-01-01 10:00:00.000', 9.0, 219, 0.0, 1971.0),
('2024-01-01 10:01:00.000', -7.5, 222, 90.0, -1665.0),
('2024-01-01 10:02:00.000', 7.2, 220, 180.0, 1584.0),
('2024-01-01 10:03:00.000', -4.2, 221, -30.0, -928.2),
('2024-01-01 10:04:00.000', 0.0, 220, 0.0, 0.0);

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基础示例

示例 1: 常量符号判断

-- 正数返回 1
taos> SELECT SIGN(10);
sign(10)        |
========================
1 |
-- 负数返回 -1
taos> SELECT SIGN(-5);
sign(-5)        |
========================
-1 |
-- 零返回 0
taos> SELECT SIGN(0);
sign(0)        |
========================
0 |
-- 浮点数
taos> SELECT SIGN(-3.14);
sign(-3.14)      |
========================
-1 |

示例 2: NULL 值处理

taos> SELECT SIGN(NULL);
sign(null)       |
========================
NULL                  |

示例 3: 列数据符号判断

-- 判断电流方向（正：用电，负：发电）
SELECT ts,
current,
SIGN(current) AS current_direction
FROM d1001
ORDER BY ts;

           ts            |  current  | current_direction |
====================================================================2024-01-01 10:00:00.000 | 10.300000 |                 1 |2024-01-01 10:01:00.000 | -5.200000 |                -1 |2024-01-01 10:02:00.000 |  8.500000 |                 1 |2024-01-01 10:03:00.000 | -3.800000 |                -1 |2024-01-01 10:04:00.000 |  0.000000 |                 0 |

示例 4: 功率方向标识

-- 标识功率流向（1：消耗，-1：输出，0：无功率）
SELECT ts,
power,
SIGN(power) AS power_direction,
CASE
WHEN SIGN(power) = 1 THEN '用电'
WHEN SIGN(power) = -1 THEN '发电'
ELSE '停机'
END AS status
FROM d1002
ORDER BY ts;

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智能电表场景示例

示例 5: 能流方向统计

目的：统计电表在用电和发电状态下的数据条数，评估双向电能计量情况。

SELECT location,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN 1 ELSE 0 END) AS consuming_count,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN 1 ELSE 0 END) AS generating_count,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = 0 THEN 1 ELSE 0 END) AS idle_count
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 10:00:00'
AND ts < '2024-01-01 10:05:00'
GROUP BY location;

应用价值：

• 评估分布式光伏发电的并网情况
• 监测双向电能表的工作状态
• 为电网调度提供数据支撑

示例 6: 电流方向切换检测（使用 DIFF 函数）

目的：检测电流方向变化事件，识别用电/发电状态切换。

-- 使用 DIFF 函数检测符号变化
SELECT ts,
current,
SIGN(current) AS current_direction,
DIFF(SIGN(current)) AS direction_change_flag,
CASE
WHEN DIFF(SIGN(current)) != 0 THEN '方向切换'
ELSE '方向不变'
END AS status
FROM d1001
WHERE current != 0
ORDER BY ts;

应用价值：

• 识别逆变器频繁切换异常
• 监测光伏发电启停事件
• 预警电网波动影响

示例 7: 能量流向分类统计

目的：按时间窗口统计不同能量流向的平均功率，评估用电和发电的平衡性。

SELECT _wstart AS time_window,
AVG(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN power ELSE 0 END) AS avg_consume_power,
AVG(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN ABS(power) ELSE 0 END) AS avg_generate_power
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 10:00:00'
AND ts < '2024-01-01 11:00:00'
INTERVAL(10m);

应用价值：

• 评估发电与用电的时序匹配度
• 优化储能系统充放电策略
• 指导微电网能量管理

示例 8: 异常零功率检测

目的：识别非正常的零功率状态（可能是传感器故障或设备离线）。

SELECT ts,
voltage,
current,
power,
SIGN(power) AS power_sign
FROM meters
WHERE SIGN(power) = 0
AND voltage > 0
AND ABS(current) > 0.1
ORDER BY ts;

应用价值：

• 检测功率计量异常
• 识别互感器故障
• 预防计量损失

示例 9: 逆功率保护监测

目的：监测逆功率（负功率）持续时间，触发逆功率保护告警。

SELECT ts,
power,
SIGN(power) AS power_direction
FROM meters
WHERE SIGN(power) = -1
AND ABS(power) > 1000
ORDER BY ts;

应用价值：

• 防止逆功率损坏设备
• 满足电网反送电保护要求
• 保障用电安全

示例 10: 双向电能累计分离

目的：分别累计正向电能（用电）和反向电能（发电），用于分时计费。

SELECT _wstart AS billing_period,
location,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN power * 0.001 ELSE 0 END) AS forward_kwh,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN ABS(power) * 0.001 ELSE 0 END) AS reverse_kwh
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 00:00:00'
AND ts < '2024-01-02 00:00:00'
PARTITION BY location
INTERVAL(1d);

应用价值：

• 实现双向电能精确计费
• 支持光伏发电上网结算
• 满足分布式能源计量需求

示例 11: 电流功率符号一致性校验

目的：检查电流和功率符号是否一致，识别计量异常或配置错误。

SELECT ts,
tbname,
current,
power,
SIGN(current) AS current_sign,
SIGN(power) AS power_sign,
CASE
WHEN SIGN(current) * SIGN(power) < 0 THEN '符号不一致'
WHEN SIGN(current) = 0 OR SIGN(power) = 0 THEN '存在零值'
ELSE '正常'
END AS consistency_check
FROM meters
WHERE ABS(current) > 0.1
AND ABS(power) > 10
AND ts >= '2024-01-01 10:00:00'
ORDER BY ts;

应用价值：

• 检测互感器接线错误
• 识别计量配置问题
• 保证计量准确性

示例 12: 能量流向趋势分析

目的：分析一段时间内能量流向的变化趋势，评估自发自用率。

SELECT _wstart AS hour,
COUNT(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN 1 END) AS consume_samples,
COUNT(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN 1 END) AS generate_samples,
COUNT(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN 1 END) * 100.0 /
(COUNT(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN 1 END) + COUNT(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN 1 END)) AS generation_ratio
FROM meters
WHERE ts >= '2024-01-01 00:00:00'
AND ts < '2024-01-02 00:00:00'
INTERVAL(1h);

应用价值：

• 评估光伏发电利用率
• 优化储能系统配置
• 指导用能策略调整

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生产场景应用与目的

场景 A: 双向电能计量与分时计费

目的：在分布式光伏、储能等双向电能场景下，需要区分用电（正向）和发电（反向）进行分别计量和计费。

示例：

-- 生成双向电能日报表
SELECT location,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN power ELSE 0 END) * 0.001 AS consume_kwh,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN ABS(power) ELSE 0 END) * 0.001 AS generate_kwh,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = 1 THEN power ELSE 0 END) * 0.001 * 0.588 AS consume_fee,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN ABS(power) ELSE 0 END) * 0.001 * 0.45 AS generate_income
FROM meters
WHERE ts >= CURRENT_DATE
AND ts < CURRENT_DATE + 1d
GROUP BY location;

场景 B: 逆功率保护与安全监测

目的：监测设备是否出现逆功率情况，及时触发保护机制，防止设备损坏或电网事故。

示例：

-- 检测逆功率超标事件
SELECT ts,
tbname AS meter_id,
power,
ABS(power) AS reverse_power
FROM meters
WHERE SIGN(power) = -1
AND ABS(power) > 2000
AND ts >= NOW - 1h
ORDER BY ts DESC;

场景 C: 光伏发电并网监测

目的：监测光伏逆变器的发电状态，统计发电时段和发电量，评估系统运行效率。

示例：

-- 统计各电表的发电时长和发电量
SELECT location,
COUNT(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN 1 END) * 5 / 60.0 AS generate_hours,
SUM(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN ABS(power) ELSE 0 END) * 0.001 AS total_generate_kwh,
AVG(CASE WHEN SIGN(power) = -1 THEN ABS(power) ELSE NULL END) AS avg_generate_power
FROM meters
WHERE ts >= CURRENT_DATE
AND ts < CURRENT_DATE + 1d
GROUP BY location;

场景 D: 设备工况状态识别

目的：通过功率符号快速识别设备的运行状态（用电、发电、停机），简化状态机逻辑。

示例：

-- 生成设备状态变化记录
SELECT ts,
tbname,
CASE
WHEN SIGN(power) = 1 THEN '用电中'
WHEN SIGN(power) = -1 THEN '发电中'
ELSE '停机'
END AS device_status,
power
FROM meters
WHERE ts >= NOW - 1h
ORDER BY tbname, ts;

场景 E: 计量异常检测

目的：检测电流和功率符号不一致、零功率异常等计量问题，及时发现互感器接线错误或传感器故障。

示例：

-- 检测符号异常的数据
SELECT ts,
tbname,
current,
power,
SIGN(current) AS current_sign,
SIGN(power) AS power_sign
FROM meters
WHERE SIGN(current) * SIGN(power) < 0
AND ABS(current) > 0.1
AND ABS(power) > 10
AND ts >= NOW - 1d
ORDER BY ts DESC;

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注意事项

1. 数据类型一致性：SIGN 函数返回值类型与输入类型一致，整数输入返回整数，浮点输入返回浮点。

2. 零值判断：对于浮点数，由于精度问题，建议使用 ABS(value) < threshold 判断是否接近零，而不是直接使用 SIGN(value) = 0。

3. NULL 传播：输入为 NULL 时返回 NULL，在条件过滤中需注意 NULL 值的处理。

4. 性能考虑：SIGN 是简单的标量函数，性能开销极小，可以放心在大数据集中使用。

5. 与聚合函数配合：SIGN 不能直接与聚合函数混用，但可以嵌套在 CASE 表达式中实现分组统计。

6. 符号稳定性：对于接近零的微小值，浮点运算可能导致符号不稳定，建议设置合理的阈值进行过滤。

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数学关系

• 基本定义：

  • SIGN(x) = 1 当 x > 0
  • SIGN(x) = -1 当 x < 0
  • SIGN(x) = 0 当 x = 0

• 与其他函数的关系：

  • x = SIGN(x) * ABS(x)
  • SIGN(-x) = -SIGN(x)
  • SIGN(x * y) = SIGN(x) * SIGN(y)

• 常用组合：

  • 方向判断：CASE WHEN SIGN(x) = 1 THEN 'positive' ELSE 'negative' END
  • 符号统一：x * SIGN(y) (将 x 的符号调整为与 y 相同)

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相关函数

• ABS：绝对值函数，x = SIGN(x) * ABS(x)
• CASE：条件表达式，常与 SIGN 配合进行分支处理
• DIFF：差分函数，可用于检测数值变化和符号切换
• GREATEST/LEAST：极值比较，可用于符号相关的边界判断

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函数意义与实际应用价值

数学意义

SIGN 函数是数学中的符号函数（signum function），将实数域映射到 {-1, 0, 1} 三值集合，是判断数值正负的标准方法。在数值计算、信号处理等领域有广泛应用。

实际应用价值

1. 双向计量

   • 区分正向和反向电能
   • 支持分布式能源并网计量
   • 实现买电/卖电分离结算

2. 状态识别

   • 快速判断设备运行模式
   • 简化状态机实现
   • 降低业务逻辑复杂度

3. 异常检测

   • 识别逆功率异常
   • 检测计量符号错误
   • 预警设备故障

4. 数据分类

   • 按正负分组统计
   • 实现条件聚合
   • 支持分段分析

5. 业务规则

   • 实现逆功率保护
   • 支持能量流向控制
   • 满足电网接入要求

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本用户手册提供了 SIGN 函数的完整使用说明，特别针对电力系统中的双向电能计量、逆功率监测、光伏并网等实际需求，所有示例均符合 TDengine 语法规范，方便用户快速上手并应用于生产环境。

关于 TDengine

TDengine 是一款专为物联网、工业互联网等场景设计并优化的大数据平台，其核心模块是高性能、集群开源、云原生、极简的时序数据库。

它能安全高效地将大量设备每天产生的高达 TB 甚至 PB 级的数据进行汇聚、存储、分析和分发，并提供 AI 智能体对数据进行预测与异常检测，提供实时的商业洞察。