CN113792934A - 基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统、方法、设备及介质 - Google Patents

基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统、方法、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统及方法。上述系统包括分布式光伏发电设备、分布式光伏发电边缘计算节点及电力调度云中心，分布式光伏发电设备包括发电装置及并网装置；分布式光伏发电边缘计算节点包括硬件系统及软件系统，硬件系统包括支持可信计算的硬件、FPGA硬件及数据网络传输硬件，软件系统是基于容器技术构建的；电力调度云中心是基于云基础设施构建的；分布式光伏发电边缘计算节点分别通过第一传输通道、第二传输通道与分布式光伏发电设备、电力调度云中心进行数据传输。通过设置边缘计算节点能够确保数据交换安全可靠，并控制光伏发电设备及时准确地响应电力调度云中心指令进行并网、增减发电出力及切出等操作。

Description

基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统、方法、设备及 介质
技术领域
本申请涉及可信计算、光伏发电电力并网技术领域，尤其涉及一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统、方法、设备及介质。
背景技术
近年来，全球范围内大规模开发利用传统化石能源,导致环境污染、气候变化等问题日益突出。因此，需要大力开发新能源以确保能源的可持续发展。太阳能是最清洁、安全、可靠的新能源，目前正在对其进行积极研究、开发利用及应用推广。
光伏发电(Photovoltaic)是太阳能光伏发电系统(Solar power system)的简称，是一种新型发电系统，其利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能。为了更加有效地应用光伏发电的电能，需要将这些电能并入主电网或配电网。
但是，由于光伏发电的并网改变了既有的负荷增长模式，同时光伏发电具有分布广、规模小、电力输出不确定性及随机性等特点，导致光伏发电的可控性显著降低。因此，需要电网及时调整控制光伏出力，分布式光伏发电设备迅速可靠地作出响应，才能确保并网后电网能够安全运行。另一方面，光伏发电设备比较分散、安全性低，容易受到外部攻击，进而对整个电网造成破坏。
在这种情况下，如何实现分布式光伏发电电力安全并网，保证其实时性、可靠性及安全性成为亟需解决的问题。
因此，现在迫切需要开发一种新型的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统、方法、设备及介质，利用可信计算等技术，实现分布式光伏发电电力安全并网。
发明内容
本说明书实施例提供了一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统、方法、设备及介质，用于解决现有技术中的如下技术问题：光伏发电由于分布广、规模小、电力输出不确定等因素，导致其可控性低，难以实现电力安全并网；同时，光伏发电易受外部攻击，安全性低，容易引起电网的安全隐患。
本说明书实施例采用下述技术方案：
一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统，其中，所述系统包括：
分布式光伏发电设备，所述分布式光伏发电设备至少包括能够将太阳能转换为电能的发电装置，以及能够将电能并入或切出电网的并网装置；
分布式光伏发电边缘计算节点，所述分布式光伏发电边缘计算节点包括硬件系统及软件系统，所述硬件系统至少包括一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及数据网络传输硬件，所述软件系统是基于容器技术构建的，所述软件系统至少能够实现以下一项功能：与外部设备进行连接、数据上传、数据接收、状态采集及指令处理；
电力调度云中心，所述电力调度云中心是基于云基础设施构建的，所述电力调度云中心至少能够实现以下一项功能：获取电网运行历史数据及实时数据，对所述分布式光伏发电边缘计算节点的注册申请进行审核，与所述分布式光伏发电边缘计算节点进行连接，对电网电力供给与需求进行预测，根据电力调度规划模型调整电力并网计划，并根据所述电力并网计划向所述分布式光伏发电边缘计算节点发送操作指令，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电设备与所述分布式光伏发电边缘计算节点通过第一传输通道进行双向数据传输，所述第一传输通道是采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件及所述软件系统构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点与所述电力调度云中心通过第二传输通道进行双向数据传输，所述第二传输通道是采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及所述分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建的。
一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其中，所述方法包括：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道，其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取所述操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
进一步地，所述分布式光伏发电边缘计算节点的所述软件系统基于容器技术构建容器应用副本及容器运行环境，其中，所述容器应用副本至少包括以下一项：数据上传容器、数据接收容器、状态采集容器、指令处理容器、与外部设备进行连接容器。
进一步地，采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道包括：
所述分布式光伏发电边缘计算节点向所述电力调度云中心发送注册申请，所述注册申请至少包括所述分布式光伏发电设备的基本信息、所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息，其中，所述分布式光伏发电设备的基本信息至少包括以下一项：光伏发电设备所属机构信息、安装位置信息、装机容量、参与调频调压辅助服务能力，所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息至少包括以下一项：支持可信计算的硬件信息、FPGA硬件信息、容器运行环境、加解密算法、公钥；
所述电力调度云中心审核所述注册申请，若审核通过，则：为所述分布式光伏发电边缘计算节点分配ID身份，并根据所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息构建网络控制逻辑，根据所述分布式光伏发电边缘计算节点的本地可信计算构建电网控制信号指令硬件逻辑；
所述电力调度云中心采用所述分布式光伏发电边缘计算节点的公钥对所述电力调度云中心的连接参数、硬件逻辑电路信息、公钥及身份信息进行加密，并将密文发送至所述分布式光伏发电边缘计算节点；
所述分布式光伏发电边缘计算节点利用本地支持可信计算的硬件将所述密文解密，并将解密后的所述电力调度云中心的硬件逻辑电路信息下载至所述分布式光伏发电边缘计算节点；
采用FPGA硬件建立所述分布式光伏发电边缘计算节点与所述电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道。
进一步地，所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度包括：
所述电力调度云中心获取电网终端类型及电网终端状态数据，其中，所述电网终端类型至少包括以下一项：工业用电、商业用电、居民用电，所述电网终端状态数据至少包括以下一项：发电状态数据、用电状态数据、储能状态数据；
所述电力调度云中心根据所述操作结果、所述电网终端类型及所述电网终端状态数据进行电力调度。
进一步地，基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法还包括：
所述电力调度云中心获取电网运行历史数据、电力并网历史数据、增减发电出力历史数据及电力切出历史数据；
所述电力调度云中心根据所述电网运行历史数据、所述电力并网历史数据、所述增减发电出力历史数据及所述电力切出历史数据构建电力调度规划数据模型。
进一步地，基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法还包括：
所述电力调度云中心根据电力调度结果对所述电力调度规划模型进行调整优化。
进一步地，基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法还包括：
所述电力调度云中心根据所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息，构建分布式光伏发电边缘计算节点的预测模型，并将所述预测模型发送至所述分布式光伏发电边缘计算节点；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述预测模型制定待调整电力并网计划。
一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网设备，其中，所述设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令设置为：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
(1)本说明书实施例示例的基于可信计算的光伏发电电力并网系统，针对分布式光伏发电特点，设置分布式光伏发电边缘计算节点，通过设计其硬件系统及软件系统，使分布式光伏发电边缘计算节点融合了可信计算、FPGA硬件加速、容器技术等多项技术。确保了其与分布式光伏发电设备及电力调度云数据中心之间的数据交换安全可靠，同时实现本地数据采集及指令的高效安全执行，使其能够及时准确地响应电力调度云中心的指令，确保了分布式光伏发电电力安全并网及电网系统的安全运行。
(2)本说明书实施例示例的基于可信计算的光伏发电电力并网方法，其中分布式光伏发电边缘计算节点采用了一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统分别构建了与分布式光伏发电设备及电力调度云中心之间进行双向数据传输的传输通道。采用支持可信计算的硬件，能够避免边缘计算节点受到外界硬件层面上的恶意侵害，确保数据交换的安全性和可靠性。采用FPGA硬件能够实现硬件加速，将逻辑固化到硬件来执行，通过连接网卡实现双向数据连接和访问控制。这样一方面确保了光伏并网与云端交互信息流通路的可控性，减少了外部实体对网络的访问，保证网络通路能及时处理来自电力调度云中心的指令，另一方面，硬件加速提升了执行效率，同时也提升了恶意侵入软件的防护能力。通过将电网控制信号指令固化成硬件逻辑，交由FPGA硬件执行，在提升执行可靠性的同时，也减少了光伏发电边缘节点信号指令数据泄露可能性。边缘计算节点的软件系统采用容器技术构建，关键业务都采用了多容器副本，这样能够保证执行电力计划的安全性和时效性，避免单个容器失效，提升并网信号指令执行的可靠性，保证了光伏发电电力的安全并网。
(3)本说明书实施例示例的基于可信计算的光伏发电电力并网方法，其中电力调度云中心根据光伏发电边缘节点的资源信息，形成有针对性的软硬结合的安全执行方案，满足了光伏发电电力并网的个性化的需求，同时基于海量历史数据及人工智能技术构建更加合理的电力调度规划模型、预测模型，并通过持续收集数据不断优化，提升模型的预测准确性和调度合理性，保证并网业务的安全执行，实现电网系统的安全运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本说明书实施例提供的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统的一种结构示意图；
图2为本说明书实施例提供的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法的一种流程示意图。
具体实施方式
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面首先对本申请涉及的部分概念进行说明。
可信计算(Trusted Computing，TC)是在计算和通信系统中广泛使用基于硬件安全模块支持下的可信计算平台，以提高系统整体的安全性，一般是由操作系统、BIOS和主板上的专用芯片组成，通过集成的专用微控制器对软件栈进行度量和验证来确保可信，业界目前主流的可信计算标准主要包括Trusted Platform Module(TPM)、TrustedCryptography Module(TCM)和Trusted Platform Control Module(TPCM)等。
FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，是一种主要针对应用或功能要求可进行变成的半导体器件。现已广泛应用于异构加速领域，已经展现出相比通用处理器CPU更好的性能。FPGA采用硬件适配软件的模式，能够根据系统资源和算法特征灵活的调整并行度，达到最优的适配。FPGA特别擅长数字信号处理，能够兼容多电平标准的接口，并能互联各种高速电子器件，比如高速光纤收发器等，其功耗低、成本小的特点更是其在很多领域得到了广泛的应用。
容器技术已经成为一种被大家广泛认可的服务器资源共享方式，可以在按需构建操作系统实例的过程当中，提供极大的灵活性。容器是易于部署的软件包，容器化的应用程序易于分发，使其非常适合边缘计算解决方案，与传统云容器相比，边缘容器可以并行部署到地理上不同的存在点(pop)，以实现更高的可用性级别。边缘容器是尽可能靠近最终用户的分散计算资源，以减少延迟，节省带宽并增强整体数字体验。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本说明书实施例提供的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统的一种结构示意图。如图1所示，一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统，其中，所述系统包括分布式光伏发电设备、分布式光伏发电边缘计算节点及电力调度云中心。
分布式光伏发电设备至少包括能够将太阳能转换为电能的发电装置，以及能够将电能并入或切出电网的并网装置。
分布式光伏发电边缘计算节点包括硬件系统及软件系统，硬件系统至少包括一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及数据网络传输硬件，软件系统是基于容器技术构建的。一个或多个支持可信计算的硬件比如可以是支持可信计算的CPU和主板。软件系统至少能够实现以下一项功能：与外部设备进行连接、数据上传、数据接收、状态采集及指令处理。
电力调度云中心是基于云基础设施构建的。电力调度云中心至少能够实现以下一项功能：获取电网运行历史数据及实时数据，对分布式光伏发电边缘计算节点的注册申请进行审核，与分布式光伏发电边缘计算节点进行连接，对电网电力供给与需求进行预测，根据电力调度规划模型调整电力并网计划，并根据电力并网计划向分布式光伏发电边缘计算节点发送操作指令。其中，电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的。
分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点通过第一传输通道进行双向数据传输。分布式光伏发电边缘计算节点与所述电力调度云中心通过第二传输通道进行双向数据传输。其中，第一传输通道及第二传输通道都是基于分布式光伏发电边缘计算节点的一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建的。
本实施例提供的基于可信计算的光伏发电电力并网系统，针对分布式光伏发电电力并网的特点，设置了分布式光伏发电边缘计算节点。通过设计边缘计算节点的硬件系统及软件系统，使边缘计算节点融合了可信计算、硬件加速、容器技术、人工智能等技术。确保了其与分布式光伏发电设备及电力调度云数据中心之间的数据交换的安全性，实现了本地数据采集及指令的高效安全执行，及时准确地响应电力调度云中心的指令，确保了分布式光伏发电电力安全并网及电网系统的安全运行。
图2为本说明书实施例提供的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法的一种流程示意图。如图2所示，一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其中，所述方法包括：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道，其中，软件系统是基于容器技术构建的；
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件、软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
分布式光伏发电边缘计算节点通过第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于电网运行实时数据及电力调度规划模型调整待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将电力并网计划反馈至分布式光伏发电边缘计算节点，其中，电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
分布式光伏发电边缘计算节点根据电力并网计划通过第一传输通道向分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
分布式光伏发电设备根据操作指令进行相应操作；
分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过第二传输通道将操作结果反馈至所述电力调度云中心；
电力调度云中心根据操作结果进行电力调度。
在本实施例中，分布式光伏发电边缘计算节点的软件系统基于容器技术构建容器应用副本及容器运行环境，其中，容器应用副本至少包括以下一项：数据上传容器、数据接收容器、状态采集容器、指令处理容器、与外部设备进行连接容器。
在本实施例中，采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件、软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道包括：
分布式光伏发电边缘计算节点向电力调度云中心发送注册申请，注册申请至少包括分布式光伏发电设备的基本信息、分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息，其中，分布式光伏发电设备的基本信息至少包括以下一项：光伏发电设备所属机构信息、安装位置信息、装机容量、参与调频调压辅助服务能力，分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息至少包括以下一项：支持可信计算的硬件信息、FPGA硬件信息、容器运行环境、加解密算法、公钥；
电力调度云中心审核注册申请，若审核通过，则：为分布式光伏发电边缘计算节点分配ID身份，并根据分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息构建网络控制逻辑，根据分布式光伏发电边缘计算节点的本地可信计算构建电网控制信号指令硬件逻辑；
电力调度云中心采用分布式光伏发电边缘计算节点的公钥对电力调度云中心的连接参数、硬件逻辑电路信息、公钥及身份信息进行加密，并将密文发送至分布式光伏发电边缘计算节点；
分布式光伏发电边缘计算节点利用本地支持可信计算的硬件将密文解密，并将解密后的电力调度云中心的硬件逻辑电路信息下载至分布式光伏发电边缘计算节点；
采用FPGA硬件建立分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道。
在本实施例中，电力调度云中心根据操作结果进行电力调度包括：
电力调度云中心获取电网终端类型及电网终端状态数据，其中，电网终端类型至少包括以下一项：工业用电、商业用电、居民用电，电网终端状态数据至少包括以下一项：发电状态数据、用电状态数据、储能状态数据；
电力调度云中心根据操作结果、电网终端类型及电网终端状态数据进行电力调度。
在本实施例中，基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法还包括：
电力调度云中心获取电网运行历史数据、电力并网历史数据、增减发电出力历史数据及电力切出历史数据；
电力调度云中心根据电网运行历史数据、电力并网历史数据、增减发电出力历史数据及电力切出历史数据构建电力调度规划数据模型。
在本实施例中，基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法还包括：
电力调度云中心根据电力调度结果对电力调度规划模型进行调整优化。
在本实施例中，基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法还包括：
电力调度云中心根据分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息，构建分布式光伏发电边缘计算节点的预测模型，并将预测模型发送至分布式光伏发电边缘计算节点；
分布式光伏发电边缘计算节点根据预测模型制定待调整电力并网计划。
为便于对本发明的理解，下面对上述基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法的具体内容做进一步的描述：
步骤101、电力调度云中心收集海量的电网运行历史数据，结合电力并网、增减发电出力及电力切出历史数据，构建电力调度规划模型及预测模型；
步骤102、分布式光伏发电设备对接分布式光伏发电边缘计算节点的硬件及软件系统，边缘计算节点通过支持可信计算硬件和FPGA硬件及软件系统实现与光伏设备的信息流双向传输；
步骤103、光伏发电边缘计算节点通过调度和管理中心创建容器运行环境，加载本地业务应用容器；
步骤104、光伏发电边缘计算节点在电力调度云中心注册，提供光伏设备的基本情况，包括设备所属机构信息、安装位置、装机容量、参与调频调压等辅助服务的能力等，以及边缘计算节点资源状况，包括可信计算、FPGA软硬件信息、容器运行环境、加解密算法及公钥等；
步骤105、电力调度云中心审核光伏发电边缘计算节点提供的注册材料，若审核通过，则为其分配ID身份信息，并根据其提供材料，形成适合其本地资源状况的网络控制逻辑以及基于边缘计算节点本地可信计算的电网控制信号指令硬件逻辑；
步骤106、电力调度云中心采用光伏发电边缘计算节点的公钥对电力调度云中心连接参数、硬件逻辑、公钥及身份信息等数据进行加密，由光伏发电边缘计算节点下载到本地；
步骤107、光伏发电边缘计算节点利用本地可信计算模块将数据解密，并利用FPGA的动态可加载特性，完成硬件逻辑电路下载到FPGA板卡上；
步骤108、光伏发电边缘计算节点完成与电力调度云中心数据通信安全通道的建立，利用FPGA来控制双方的网络数据交换；
步骤109、光伏发电边缘计算节点将电力并网计划通过安全通道发送给电力调度云中心；
步骤110、电力调度云中心实时监控电网的运行情况，通过收集的实时数据，对电网电力供给和需求进行预测，并基于电力调度规划模型来调整电力并网计划，再分发给光伏发电边缘计算节点；
步骤111、光伏发电边缘计算节点接收来自云端的电力并网计划，在本地运行环境中创建多个容器应用副本，按照计划通过可信计算硬件和FPGA硬件向光伏设备发送操作命令，进行光伏并网、增减发电出力或切出等操作；
步骤112、电力调度云中心进行调频调压等辅助服务，向光伏发电边缘计算节点发出并网、增减发电出力或切出操作指令；
步骤113、光伏发电边缘计算节点接收信号指令，在FPGA中执行信号指令硬件逻辑，快速响应信号连接光伏发电设备执行相应的操作；
步骤114、光伏发电边缘计算节点将执行结果，通过FPGA控制与云的网络通路，立即反馈给电力调度云中心；
步骤115、电力调度云中心确认执行结果，结合电网终端类型及电网终端状态数据，进行电力调度，保证电网运行安全；
步骤116、电力调度云中心持续改进其电力调度规划模型模型，能够更加准确合理的完成电力调度；
步骤117、电力调度云中心针对光伏发电边缘计算节点资源情况，形成光伏发电边缘计算节点预测模型，下发给光伏发电边缘计算节点，提升其本地的预测准确性和调度计划制定合理性。
本实施例还提供了一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网设备，其中，所述设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
本实施例还提供了一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令设置为：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备和介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请实施例提供的设备和介质与方法是一一对应的，因此，设备和介质也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述设备和介质的有益技术效果。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产
品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网系统，其特征在于，所述系统包括：
分布式光伏发电设备，所述分布式光伏发电设备至少包括能够将太阳能转换为电能的发电装置，以及能够将电能并入或切出电网的并网装置；
分布式光伏发电边缘计算节点，所述分布式光伏发电边缘计算节点包括硬件系统及软件系统，所述硬件系统至少包括一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及数据网络传输硬件，所述软件系统是基于容器技术构建的，所述软件系统至少能够实现以下一项功能：与外部设备进行连接、数据上传、数据接收、状态采集及指令处理；
电力调度云中心，所述电力调度云中心是基于云基础设施构建的，所述电力调度云中心至少能够实现以下一项功能：获取电网运行历史数据及实时数据，对所述分布式光伏发电边缘计算节点的注册申请进行审核，与所述分布式光伏发电边缘计算节点进行连接，对电网电力供给与需求进行预测，根据电力调度规划模型调整电力并网计划，并根据所述电力并网计划向所述分布式光伏发电边缘计算节点发送操作指令，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电设备与所述分布式光伏发电边缘计算节点通过第一传输通道进行双向数据传输，所述第一传输通道是采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件及所述软件系统构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点与所述电力调度云中心通过第二传输通道进行双向数据传输，所述第二传输通道是采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及所述分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建的。
2.一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于，所述方法包括：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
3.如权利要求2所述的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于：
所述分布式光伏发电边缘计算节点的所述软件系统基于容器技术构建容器应用副本及容器运行环境，其中，所述容器应用副本至少包括以下一项：数据上传容器、数据接收容器、状态采集容器、指令处理容器、与外部设备进行连接容器。
4.如权利要求2所述的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于，采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道包括：
所述分布式光伏发电边缘计算节点向所述电力调度云中心发送注册申请，所述注册申请至少包括所述分布式光伏发电设备的基本信息、所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息，其中，所述分布式光伏发电设备的基本信息至少包括以下一项：光伏发电设备所属机构信息、安装位置信息、装机容量、参与调频调压辅助服务能力，所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息至少包括以下一项：支持可信计算的硬件信息、FPGA硬件信息、容器运行环境、加解密算法、公钥；
所述电力调度云中心审核所述注册申请，若审核通过，则：为所述分布式光伏发电边缘计算节点分配ID身份，并根据所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息构建网络控制逻辑，根据所述分布式光伏发电边缘计算节点的本地可信计算构建电网控制信号指令硬件逻辑；
所述电力调度云中心采用所述分布式光伏发电边缘计算节点的公钥对所述电力调度云中心的连接参数、硬件逻辑电路信息、公钥及身份信息进行加密，并将密文发送至所述分布式光伏发电边缘计算节点；
所述分布式光伏发电边缘计算节点利用本地支持可信计算的硬件将所述密文解密，并将解密后的所述电力调度云中心的硬件逻辑电路信息下载至所述分布式光伏发电边缘计算节点；
采用FPGA硬件建立所述分布式光伏发电边缘计算节点与所述电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道。
5.如权利要求2所述的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于，所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度包括：
所述电力调度云中心获取电网终端类型及电网终端状态数据，其中，所述电网终端类型至少包括以下一项：工业用电、商业用电、居民用电，所述电网终端状态数据至少包括以下一项：发电状态数据、用电状态数据、储能状态数据；
所述电力调度云中心根据所述操作结果、所述电网终端类型及所述电网终端状态数据进行电力调度。
6.如权利要求2所述的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电力调度云中心获取电网运行历史数据、电力并网历史数据、增减发电出力历史数据及电力切出历史数据；
所述电力调度云中心根据所述电网运行历史数据、所述电力并网历史数据、所述增减发电出力历史数据及所述电力切出历史数据构建电力调度规划数据模型。
7.如权利要求2所述的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电力调度云中心根据电力调度结果对所述电力调度规划模型进行调整优化。
8.如权利要求4所述的基于可信计算的分布式光伏发电电力并网方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述电力调度云中心根据所述分布式光伏发电边缘计算节点的资源信息，构建分布式光伏发电边缘计算节点的预测模型，并将所述预测模型发送至所述分布式光伏发电边缘计算节点；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述预测模型制定待调整电力并网计划。
9.一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网设备，其特征在于，所述设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
10.一种基于可信计算的分布式光伏发电电力并网的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令设置为：
采用一个或多个支持可信计算的硬件、FPGA硬件及软件系统构建分布式光伏发电设备与分布式光伏发电边缘计算节点之间进行双向数据传输的第一传输通道,其中，所述软件系统是基于容器技术构建的；
采用所述一个或多个支持可信计算的硬件、所述FPGA硬件、所述软件系统及分布式光伏发电边缘计算节点的公钥构建所述分布式光伏发电边缘计算节点与电力调度云中心之间进行双向数据传输的第二传输通道；
所述分布式光伏发电边缘计算节点通过所述第二传输通道将待调整电力并网计划发送至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心获取电网运行实时数据，基于所述电网运行实时数据及电力调度规划模型调整所述待调整电力并网计划得到电力并网计划，并将所述电力并网计划反馈至所述分布式光伏发电边缘计算节点，其中，所述电力调度规划模型是基于电网运行历史数据构建的；
所述分布式光伏发电边缘计算节点根据所述电力并网计划通过所述第一传输通道向所述分布式光伏发电设备发送操作指令，其中，所述操作指令至少包括以下一项：并网操作指令、增减发电出力操作指令、切出操作指令；
所述分布式光伏发电设备根据所述操作指令进行相应操作；
所述分布式光伏发电边缘计算节点获取操作结果，并通过所述第二传输通道将所述操作结果反馈至所述电力调度云中心；
所述电力调度云中心根据所述操作结果进行电力调度。
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CN114666152A (zh) * 2022-04-08 2022-06-24 广州能信数字科技有限公司 一种保证电网调度命令精准安全传输的方法

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