一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统的制作方法

本发明涉及物联网数据安全管理与工业互联网安全通信协议，具体为一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统。

背景技术：

1、光伏储能云边协同监控平台通常由云端监控中心、边缘网关与通信网络层构成，云端负责数据汇聚、模型训练及调度决策，边缘网关负责本地数据采集、初步处理及指令执行，通信网络层基于物联网应用层协议承担云边数据交换任务，现有技术在数据安全处理方面，通常在云端部署基于统计学的异常检测模块，对采集到的电压、电流、温度参数进行阈值判断，超出预设统计范围的数据被直接标记为异常数据并予以丢弃，不再参与云端模型训练与调度决策，在数据传输环节，云边通信统一采用固定强度的安全加密协议进行防护，未区分电网运行状态，在身份认证环节，边缘设备执行控制指令前需实时连接云端身份中心完成身份核验，网络中断时系统默认拒绝执行未经核验的本地指令，上述现有技术方案虽然在一定程度上实现了工业互联网场景下的数据安全防护，但由于统计学异常检测缺乏电力物理机理约束，安全加密协议未适配电网实时运行状态，身份认证机制未考虑弱网工况，因而在数据真实性判别、传输实时性与断网自治能力方面均存在改进空间，为此，我们提出一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统。

2、（一）要解决的技术问题：

3、本发明要解决的技术问题是：光伏储能云边协同监控平台在数据安全处理过程中，如何在保证数据传输安全性的前提下，兼顾电网实时调度的时效性要求，并在弱网或断网场景下维持边缘节点合法控制指令的连续执行能力，具体而言，现有技术存在以下三个相互关联的缺陷：其一，统计学异常检测方法仅从数值分布特征进行判断，缺乏对电力物理机理的约束校验，当偏远电站遭遇极端物理异常时，其参数表现同样会严重偏离正常统计阈值，导致系统无法区分该异常是伪造投毒数据还是真实的灾害前兆数据，从而将真实安全隐患数据误判为噪声并加以剔除，其二，云边通信统一采用固定强度的安全加密协议，未考虑电网运行状态的动态变化，在电网发生暂态突变、需要实时响应的场景下，高强度加密协议所产生的处理时延会直接影响关键调度指令的送达时效，其三，零信任身份认证架构要求边缘设备每次执行控制指令前均须实时连接云端身份中心完成核验，未考虑弱网环境下网络频发抖动与断连的工况，网络中断时系统默认拒绝执行本地指令，导致合法的紧急调度指令被安全机制误拦截；

4、（二）技术方案：

5、为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，该系统包括云端安全监控层、通信网络协同层和边缘物理执行层，三层之间通过在物联网应用层协议报文头中扩展设置的环境状态标识位进行数据交互；

6、其中，云端安全监控层包括数据汇聚模块、统计学初筛模块、物理机理质询发起模块、加密策略决策模块和零信任身份中心模块，通信网络协同层包括协议扩展适配模块、加密通道切换模块和物理层侧信道混淆模块，边缘物理执行层包括数据采集单元、本地物理模型验证模块、局部分布式共识模块和本地哈希链日志模块；

7、在异常数据处理方面，边缘物理执行层的数据采集单元采集光伏组件和储能设备的电压、电流、温度采样值并上传云端，云端统计学初筛模块对数据进行阈值判断，得到超出预设统计阈值的异常数据后，物理机理质询发起模块经协议扩展适配模块在应用层协议报文头中设置环境状态标识位为质询请求状态，向对应边缘节点下发物理机理质询指令，边缘节点的本地物理模型验证模块基于光伏电池电热耦合方程计算温度预测偏差，基于基尔霍夫电流定律计算电流守恒偏差，并将两项偏差按预设权重合成为物理自洽性综合评分回传云端，云端将该评分与预设判定门限比较，据此区分真实物理异常前兆与伪造投毒数据；

8、在传输加密方面，加密策略决策模块根据电网频率偏差量与负荷变化率判定电网处于稳态或暂态，在稳态时采用加密强度较高的第一加密模式，在暂态时切换为加密强度较低的第二加密模式并同步激活物理层侧信道混淆模块，同时引入滞回确认机制避免加密模式因指标临界抖动而频繁切换；

9、在弱网自治方面，零信任身份中心模块在网络连接正常时向各边缘节点下发具备时间衰减特性的上下文信任微凭证，边缘网关检测到心跳连接中断后，激活局部分布式共识模块，由参与共识的多个边缘节点基于各自持有的信任微凭证当前信任值进行投票，投票通过后方可执行本地紧急控制指令，相关操作记录至本地哈希链日志模块，网络恢复后，边缘网关与云端进行同步，将离线操作日志与云端数据无损合并，并由零信任身份中心模块对边缘节点重新签发信任微凭证。

10、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

11、1.本发明通过引入物理机理质询验证机制，使系统在判定异常数据时不再单纯依赖统计学阈值，而是结合光伏电池电热耦合关系与电流守恒关系进行自洽性校验，能够精确区分伪造投毒数据与真实物理异常前兆数据，避免真实安全隐患被误判剔除；

12、2.本发明通过面向电网物理上下文感知的自适应加密降维路由调度机制，使系统能够根据电网实时运行状态在高强度加密与轻量级加密之间自动切换，在保证必要安全强度的前提下降低暂态场景下的通信处理时延，兼顾数据安全与调度实时性；

13、3.本发明通过零信任会话无损继承引擎，使边缘节点能够依靠时间衰减信任微凭证与局部分布式共识在断网期间维持合法的本地控制授权，并在网络恢复后实现离线数据与云端数据的无损合并，提升了系统在弱网及断网工况下的自治存活能力，降低了因网络中断导致合法指令被误拦截的风险。

1.一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，包括云端安全监控层、通信网络协同层和边缘物理执行层，所述云端安全监控层、所述通信网络协同层与所述边缘物理执行层之间通过扩展后的物联网应用层协议进行数据交互；

2.根据权利要求1所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述统计学初筛模块用于计算所述数据向量中各分量的采样值与该分量历史均值的偏离量除以该分量历史标准差所得的比值，在所述比值的绝对值不小于预设统计学置信系数时，判定对应分量为异常数据。

3.根据权利要求1所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述本地物理模型验证模块按照如下方式合成所述物理自洽性综合评分：将温度一致性权重系数与1和由温度采样值、温度预测值确定的温度相对偏差之间的差值相乘，得到第一评分分量，将电流一致性权重系数与1和由节点电流不平衡量、电路支路额定电流值确定的电流相对偏差之间的差值相乘，得到第二评分分量，将所述第一评分分量与所述第二评分分量相加，得到所述物理自洽性综合评分，所述温度一致性权重系数与所述电流一致性权重系数之和等于1。

4.根据权利要求1所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述加密策略决策模块用于获取电网频率采样值和负荷变化率，计算所述电网频率采样值与电网额定频率之间差值的绝对值，得到所述频率偏差量，在所述频率偏差量不小于预设频率偏差阈值时，判定电网处于暂态运行状态，在所述负荷变化率的绝对值不小于预设负荷变化率阈值时，同样判定电网处于暂态运行状态，在判定电网处于暂态运行状态后，所述加密策略决策模块持续获取电网运行状态参数，在连续预设数量个采样周期均判定为稳态运行状态时，控制所述加密通道切换模块由所述第二加密模式切换回所述第一加密模式。

5.根据权利要求4所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述物理层侧信道混淆模块用于在所述加密通道切换模块采用所述第二加密模式传输数据时，对传输信号叠加跳频扰动和功率插值扰动。

6.根据权利要求1所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述上下文信任微凭证包含边缘节点身份标识、被授权的操作权限集合、颁发时间戳和初始信任值，所述上下文信任微凭证的当前信任值随时间按预设衰减速率系数递减，参与投票的各边缘节点在其对应的所述上下文信任微凭证的当前信任值不小于预设授权门限时投出赞成票，所述预设票数阈值根据参与共识投票的边缘节点总数的三分之二比例确定并向上取整。

7.根据权利要求6所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述本地哈希链日志模块用于记录本地紧急控制指令的执行结果、执行时间及投票结果，在网络连接恢复后，边缘网关与所述零信任身份中心模块基于所述本地哈希链日志模块记录的日志和云端记录的时间戳序列进行一致性比对，将离线操作日志合并归档至云端数据库，并由所述零信任身份中心模块对边缘节点重新签发上下文信任微凭证。

8.根据权利要求1所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理系统，其特征在于，所述环境状态标识位设置于所述物联网应用层协议报文头中，用于分别标识质询请求状态、加密模式切换状态和信任凭证同步状态三种交互场景。

9.一种光伏储能监控平台的数据安全处理方法，应用于包括云端安全监控层、通信网络协同层和边缘物理执行层的光伏储能监控平台，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的一种光伏储能监控平台的数据安全处理方法，其特征在于，将所述温度预测偏差与所述电流守恒偏差按预设权重合成为物理自洽性综合评分的步骤包括：将温度一致性权重系数与1和由温度采样值、温度预测值确定的温度相对偏差之间的差值相乘，得到第一评分分量，将电流一致性权重系数与1和由节点电流不平衡量、电路支路额定电流值确定的电流相对偏差之间的差值相乘，得到第二评分分量，将所述第一评分分量与所述第二评分分量相加，得到所述物理自洽性综合评分，所述温度一致性权重系数与所述电流一致性权重系数之和等于1。