一种基于SDN的能量路由器和电能传输方法与流程

本发明属于网络通信技术领域，更具体地，涉及一种基于sdn的能量路由器和电能传输方法。

背景技术：

能量路由器作为能源互联网的广域或局域互连设备，以及能源微网的出口网关控制设备，具有类似传统电力设备的接入、传输、转换和路由等功能，同时还具有对其所管辖的能源微网进行运营和管理的功能。能量路由器是能源互联网中重要的能源基础设施，是实现能源互联网信息物理融合技术的基础设备，为能源互联网中能源和信息的对等、分享、开放和互联提供基本保证。

现有技术中，能量路由器需要完成能量传输、转换和管理等多种功能，涉及到不同类型的电力设备端口的连接和不同的电能质量要求，给能量路由器的管理和控制带来困难和挑战。目前，当有新的设备接入时，需要手动根据新设备的传输格式要求对传输的电能属性进行设置；对不同类型的电力设备和储能设备需要经过复杂计算，进行手动调节以满足需求。此外，在能源互联网中，电流设备、储能设备的数量众多且规格不一，且处于动态变化中，如果不停进行手动设置和调节以满足需求，需要耗费大量的时间和精力。

综上所述，现有技术中通过手动对能量路由器进行管理和控制以满足不同设备的需求，需要耗费大量时间和精力。

技术实现要素：

为克服上述现有技术中通过手动对能量路由器进行管理和控制以满足不同设备的需求耗时耗力的问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种基于sdn的能量路由器和电能传输方法。

根据本发明的第一方面，提供一种基于sdn的能量路由器，包括：

sdn控制器和各功能模块；

其中，所述sdn控制器用于根据待传输能量包预设的控制要求生成控制策略，将所述控制策略发送给相应的所述功能模块；

所述功能模块用于接收所述sdn控制器发送的控制策略，在所述功能模块内获取与所述待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。

具体地，所述功能模块具体用于：

对所述待传输能量包的包头进行解析，获取所述待传输能量包传输的目的地址和控制策略要求；

根据解析的所述控制策略要求在所述功能模块内的控制策略的流表项中进行查询；

在查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，根据所述待传输能量包传输的目的地址获取所述待传输能量包在所述能量路由器中的输出端口；

根据所述输出端口和所述控制策略，对所述待传输能量包进行传输。

具体地，所述功能模块还用于：

在所述功能模块内的流表项中没有查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，将所述控制策略要求发送给所述sdn控制器；

相应地，所述sdn控制器还用于：

接收所述功能模块发送的控制策略要求；

根据所述控制策略要求生成控制策略，将所述控制策略以流表项的形式发送给相应的所述功能模块。

具体地，所述功能模块还用于：

在通过对所述待传输能量包的包头进行解析，获取到所述包头信息中的控制策略要求后，对所述控制策略要求进行修改。

具体地，所述sdn控制器还用于：对所述功能模块中控制策略的流表项进行更新和删除。

具体地，所述sdn控制器生成的控制策略包括即插即用策略、传统能源生产设备调度策略、新能源生产设备控制策略、储能设备调度策略、网络整体调度策略、能量传输策略、负荷管理策略和故障处理策略中的一种或多种。

根据本发明的第二方面，提供一种基于如上所述的能量路由器的电能传输方法，包括：

s11，根据待传输能量包预设的控制策略要求生成控制策略，将所述控制策略发送给相应的功能模块，以供所述功能模块在所述功能模块内获取与待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。

具体地，所述步骤s11中还包括：

接收能量路由器的功能模块在所述功能模块内没有查询到控制策略要求相匹配的控制策略时发送的控制策略要求，根据所述控制策略要求生成控制策略；其中，所述控制策略要求为所述功能模块通过解析所述待传输能量包的包头获取。

根据本发明的第三方面，提供一种基于如上所述的能量路由器的电能传输方法，包括：

s21，接收能量路由器的sdn控制器发送的控制策略；

s22，对所述待传输能量包的包头进行解析，获取所述待传输能量包传输的目的地址和控制策略要求；

s23，根据解析的所述控制策略要求在所述能量路由器的功能模块内的流表项中进行查询；

s24，当在所述流表项中查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，根据所述待传输能量包传输的目的地址获取所述待传输能量包在所述能量路由器中的输出端口；

s25，根据所述输出端口和所述控制策略，对所述待传输能量包进行传输。

具体地，所述步骤s24还包括：

当在所述流表项中没有查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，将所述控制策略要求发送给所述sdn控制器，以供所述sdn控制器根据所述控制策略要求生成控制策略。

本发明提供一种基于sdn的能量路由器和电能传输方法，本发明通过sdn控制器在控制策略制定和执行过程中引入软件定义相关概念、技术和架构，实现对能量路由器内各功能模块进行统一控制和管理，提高了能量路由器运行的灵活性和鲁棒性，简化了能量路由器的控制，同时提高了能量路由器的自适应性，实现了能量路由器的自动化管理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于sdn的能量路由器装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电能传输方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的一个实施例中提供一种基于sdn的能量路由器，图1为本发明实施例提供的基于sdn的能量路由器结构示意图，该装置包括：sdn控制器和各功能模块；其中，所述sdn控制器用于根据待传输能量包预设的控制要求生成控制策略，将所述控制策略发送给相应的所述功能模块；所述功能模块用于接收所述sdn控制器发送的控制策略，在所述功能模块内获取与所述待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。

具体地，基于sdn的能量路由器的功能架构分为两层，上层为sdn控制器，下层为实现各种具体功能的软硬件功能模块，所述功能模块主要负责能量的接入、传输和管理，如图1中的功能模块1、功能模块2和功能模块3，本实施例不限于这三个功能模块。所述sdn控制器为基于sdn(softwaredefinednetwork，软件定义网络)思想，类似电脑操作系统的能量路由器控制系统，实现对能量路由器内各功能模块进行统一控制和管理，从而简单、高效、智能地实现能量生产、传输、路由和转换等功能的能量路由器整体架构，对能量路由器的各项功能进行灵活控制、操作和运行。通过所述sdn控制器实现了能源互联网中简洁、高效和可扩展的能量路由器功能。不同于传统的sdn技术应用场景，本实施例并未将sdn技术应用于整个能源互联网的设计，而仅在能量路由器内部利用sdn技术实现对能量路由器的管理和控制，相当于在能量路由器内部建立一个小型的sdn操作系统。

所述sdn控制器根据以前的运行经验和实际运行要求，在所述能量路由器内部生成或建立控制策略。所述sdn控制器可采用人工智能、增强学习等学习和优化技术建立所述控制策略。所述sdn控制器根据下层各功能模块的实际运行要求，主动或被动的将所述控制策略下发给相应的所述功能模块。所述sdn控制器可以针对最常用或最可能使用的预设的控制策略要求对应的控制策略以流表项的形式发送给相应的所述功能模块。例如，当新设备接入时，所述sdn控制器根据所述新设备的种类和型号，获取与所述种类和型号对应的预先设定的控制策略要求，根据所述测量要求生成控制策略。所述功能模块在所述功能模块内获取与待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。所述sdn控制器可以针对最常用或最可能使用的策略流表项，对能量路由器相关功能模块主动下发控制策略。

所述功能模块接收所述sdn控制器发送的控制策略，在所述功能模块内获取与待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。在网络设计中，sdn网络架构将控制功能集中到控制器统一实现，而底层通信设备仅需根据控制器的命令，基于流表项建立、查询、更新的方式，实现简单的传输功能。通过这种控制方式，sdn网络具有控制简单、操作灵活、维护方便和易于扩展等特点，既避免了传统网络路由设备功能臃肿的弊端，又能简化和节省人力操作成本。

本实施例通过sdn控制器在控制策略制定和执行过程中引入软件定义相关概念、技术和架构，实现对能量路由器内各功能模块进行统一控制和管理，提高了能量路由器运行的灵活性和鲁棒性，简化了能量路由器的控制，同时提高了能量路由器的自适应性，实现了能量路由器的自动化管理。

本实施例中对于一般的控制策略要求，所述sdn控制器根据设备的信息对应的控制策略要求，生成控制策略，主动将所述控制策略下方给相应的功能模块，从而提高所述能量路由器的智能化。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述功能模块具体用于：对所述待传输能量包的包头进行解析，获取所述待传输能量包传输的目的地址和控制策略要求；根据解析的所述控制策略要求在所述功能模块内的控制策略的流表项中进行查询；在查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，根据所述待传输能量包传输的目的地址获取所述待传输能量包在所述能量路由器中的输出端口；根据所述输出端口和所述控制策略，对所述待传输能量包进行传输。

具体地，输入所述能量路由器的电能以能量包的形式传送，每个能量包的前面部分包含一个包头，所述包头里面包含能量包传输的目的地址和控制策略要求等信息。所述控制策略要求为能量包传输过程中的控制和处理要求。所述包头中的信息能够被能量路由器有效的提取、阅读和修改。所述功能模块对所述待传输能量包的包头进行解析，获取所述待传输能量包传输的目的地址和控制策略要求。由于所述sdn控制器将所述控制策略以流表项的形式发送给相应的所述功能模块，所述功能模块根据解析的所述包头信息中的控制策略要求在所述功能模块内的流表项中进行查询，获取与所述控制策略要求相匹配的控制策略。当查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，根据所述待传输能量包传输的目的地址获取所述待传输能量包在所述能量路由器中的输出端口。根据所述控制策略调用相应的功能模块执行所述控制策略，进行能量包传输过程的控制和管理，将所述待传输的能力包传送到所述输出端口。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述功能模块还用于：在所述功能模块内的流表项中没有查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，将所述控制策略要求发送给所述sdn控制器；相应地，所述sdn控制器具体用于：接收所述功能模块发送的控制策略要求；根据所述控制策略要求生成控制策略，将所述控制策略以流表项的形式发送给相应的所述功能模块。

具体地，当新的能量包进入所述能量路由器的某个功能模块时，若在所述功能模块内的流表项中没有查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略，则将所述控制策略要求或包含所述控制策略要求的包头发送给所述sdn控制器。所述sdn控制器根据整个能源互联网的状态信息对所述控制策略要求进行分析和处理，将建立的控制策略以流表项的形式下发给所述能量路由器相应的功能模块。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述功能模块还用于：在通过对所述待传输能量包的包头进行解析，获取到所述包头信息中的控制策略要求后，对所述控制策略要求进行修改。

具体地，在获取到所述能量包传输的控制策略要求后，可以根据实际的能源互联网状态，对所述包头中控制策略要求进行修改，从而实现在能量包传输过程中对所述控制策略要求进行修改，避免了只能在传输前修改能量包的包头中的信息，节约了大量时间。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述sdn控制器还用于：对所述功能模块中控制策略的流表项进行更新和删除。

具体地，所述sdn控制器还用于对所述功能模块内的控制策略的流表项进行更新和删除。如果能源互联网的运行状态或网络管理者的控制目标发生了变化，所述sdn控制器通过下发更新的流表项，以实现对所述功能模块内的控制策略的流表项进行更新和删除。

在上述任一实施例的基础上，本实施例中所述sdn控制器生成的控制策略包括即插即用策略、传统能源生产设备调度策略、新能源生产设备控制策略、储能设备调度策略、网络整体调度策略、能量传输策略、负荷管理策略和故障处理策略中的一种或多种。

具体地，在所述即插即用策略中，当设备即插即用时，所述sdn控制器根据所连接设备的种类和型号，选择合适的驱动和控制程序。当旧设备退出即插即用，而有新设备接入时，所述能量路由器通过对所需电能传输格式要求的自动感知，在所述能量路由器内部实现自适应的策略转换。电能传输格式要求包括电流、电压、频率、有功、无功等。

在所述传统能源生产设备调度策略中，根据能源互联网内的供需平衡现状，如轻、中或重负载，控制发电机的转速和和起停，在保证供电曲线连续和平稳的同时，实现与用电需求的匹配，减少能源生产成本。

在所述新能源生产设备控制策略中，根据最大光伏发电功率原则，即最大点跟踪准则，确定光伏发电设备的电压和电流。并通过机械控制，改变阳光的照射角度，以提高发电量，降低发电成本。根据风力发电机的类型，如直驱风力发电或双馈风力发电设备，选择合适的发电控制程序和工作模式，如恒压模式、最大功率发电模式或限度发电模式，保证风机的正常、鲁棒工作。

在储能设备调度策略中，根据能源互联网的整体供需平衡情况或出现的短时异常波动，智能控制储能系统的充放电过程。通过充放电平抑系统内部的各种波动，维持系统的整体、高效供需平衡，保证系统的平稳、经济运行。储能设备调度策略包括指定功率充放电、最大功率充放电、最小功率充放电、恒压充放电模式和断开储能设备。

在网络整体调度策略中，根据网络运行整体情况和对能源互联网系统未来的运行趋势预测，对各类型能源生产设备进行联合调度和控制，结合用户侧的需求响应，控制相关能源设备的工作模式，如发电设备可以运行在按需供能模式或最大发电量模式。结合储能，在保证供需平衡、系统安全稳定运行的基础上，最小化电力能源生产成本，提高能源生产效率。

在能量传输策略中，根据系统内部以及相邻外部系统的能源供需情况，采用相关的能量传输策略。所述能量传输策略包括系统能量向外部相邻电网输出、系统能量从外部电能系统输入和调用系统内部储能系统进行充放电控制。在保证系统整体能量供需平衡的同时，最大化能量使用效率。

在负荷管理策略中，当能源互联网系统内部的能源短缺无法避免时，能量路由器可以主动断开与某些不重要用电设备的电能连接，保证重要设备的正常运行。

在故障处理策略中，能量路由器根据获得的网络设备或线路故障信息，可以根据相关拓扑，断开故障区域，并对故障下游区域设备接入备用电源，以降低故障损失。

本实施例中sdn架构本身具有易于扩展、易于控制、易于管理等特点，在中小规模的通信网络中具有比传统通信架构更明显的性能优势，将该架构应用于能量路由器设计中将大幅度提高能量路由器的运行性能。基于sdn的能量路由器具有能量转换、传输、管理等多项功能，控制策略需要随着网络状态的变化而不断调整和优化。因此，灵活、高效的控制架构将为能量路由器的性能带来明显提升。考虑到sdn架构的优越管理性能，其应用于能量路由器管理控制系统将对系统的优化运行带来支持和保证。

本实施例提供一种基于如上所述的能量路由器的电能传输方法，包括：s11，根据待传输能量包预设的控制策略要求生成控制策略，将所述控制策略发送给相应的功能模块，以供所述功能模块在所述功能模块内获取与待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。

具体地，基于sdn的能量路由器的功能架构分为两层，上次为sdn控制器，下层为实现各种具体功能的软硬件功能模块，所述功能模块主要负责能量的接入、传输和管理。所述sdn控制器为基于sdn(softwaredefinednetwork，软件定义网络)思想，类似电脑操作系统的能量路由器控制系统，实现对能量路由器内各功能模块进行统一控制和管理。所述sdn控制器根据以前的运行经验和实际运行要求，在所述能量路由器内部生成或建立控制策略。所述sdn控制器可采用人工智能、增强学习等学习和优化技术建立所述控制策略。所述sdn控制器根据下层各功能模块的实际运行要求，主动或被动的将所述控制策略下发给相应的所述功能模块。所述sdn控制器可以针对最常用或最可能使用的预设的控制策略要求对应的控制策略以流表项的形式发送给相应的所述功能模块。例如，当新设备接入时，所述sdn控制器根据所述新设备的种类和型号，获取与所述种类和型号对应的预先设定的控制策略要求，根据所述测量要求生成控制策略。所述功能模块在所述功能模块内获取与待传输能量包的包头信息相匹配的控制策略，根据与所述包头信息相匹配的控制策略和所述包头信息对所述待传输能量包进行传输。所述sdn控制器可以针对最常用或最可能使用的策略流表项项，对能量路由器相关功能模块主动下发控制策略。

本实施例通过sdn控制器在控制策略制定和执行过程中引入软件定义相关概念、技术和架构，实现对能量路由器内各功能模块进行统一控制和管理，提高了能量路由器运行的灵活性和鲁棒性，简化了能量路由器的控制，同时提高了能量路由器的自适应性，实现了能量路由器的自动化管理。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述步骤s11还包括：接收能量路由器的功能模块在所述功能模块内没有查询到控制策略要求相匹配的控制策略时发送的控制策略要求，根据所述控制策略要求生成控制策略；其中，所述控制策略要求为所述功能模块通过解析所述待传输能量包的包头获取。

具体地，所述sdn控制器接收能量路由器的功能模块在所述功能模块内没有查询到控制策略要求相匹配的控制策略时发送的控制策略要求，根据整个能源互联网的状态信息对所述控制策略要求进行分析和处理，将建立的控制策略以流表项的形式下发给所述能量路由器相应的功能模块，以供所述功能模块根据所述流表项对所述能量包进行传输。

本实施例提供一种基于如上所述的能量路由器的电能传输方法，如图2所示，所述方法包括：s21，接收能量路由器的sdn控制器发送的控制策略；s22，对所述待传输能量包的包头进行解析，获取所述待传输能量包传输的目的地址和控制策略要求；s23，根据解析的所述控制策略要求在所述能量路由器的功能模块内的流表项中进行查询；s24，当在所述流表项中查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，根据所述待传输能量包传输的目的地址获取所述待传输能量包在所述能量路由器中的输出端口；s25，根据所述输出端口和所述控制策略，对所述待传输能量包进行传输。

具体地，输入所述能量路由器的电能以能量包的形式传送，每个能量包的前面部分包含一个包头，所述包头里面包含能量包传输的目的地址和控制策略要求等信息。所述控制策略要求为能量包传输过程中的控制和处理要求。所述包头中的信息能够被能量路由器有效的提取、阅读和修改。所述功能模块对所述待传输能量包的包头进行解析，获取所述待传输能量包传输的目的地址和控制策略要求。由于所述sdn控制器将所述控制策略以流表项的形式发送给相应的所述功能模块，所述功能模块根据解析的所述包头信息中的控制策略要求在所述功能模块内的流表项中进行查询，获取与所述控制策略要求相匹配的控制策略。当查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，根据所述待传输能量包传输的目的地址获取所述待传输能量包在所述能量路由器中的输出端口。根据所述控制策略调用相应的功能模块执行所述控制策略，进行能量包传输过程的控制和管理，将所述待传输的能力包传送到所述输出端口。

在上述实施例的基础上，本实施例中所述步骤s24还包括：当在所述流表项中没有查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略时，将所述控制策略要求发送给所述sdn控制器，以供所述sdn控制器根据所述控制策略要求生成控制策略。

具体地，当新的能量包进入所述能量路由器的某个功能模块时，若在所述功能模块内的流表项中没有查询到与所述控制策略要求相匹配的控制策略，则将所述控制策略要求或包含所述控制策略要求的包头发送给所述sdn控制器，以供所述sdn控制器根据整个能源互联网的状态信息对所述控制策略要求进行分析和处理，将建立的控制策略以流表项的形式下发给所述能量路由器相应的功能模块。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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。