CN105376182A - 一种电网资源管理与分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网资源管理与分配方法及系统，定义网络控制器宏观控制整个电网系统，获取下层包括集中器雾计算单元及智能电表用户的统计用电数据并与用户存在数据的对应关系，控制器结合云平台实现对用户用电资源管理；同时控制器控制供电设备的供电开关以及供电链路的方向，控制器远程通过流表下发实施对供电设备的管理实现供电资源的管理；对具体用户用电度数的控制，当用户用电度数超过250度，结合阶梯电价实施，对用户进行断电警告；对城市用电需求量大的夏季，控制器结合云平台计算小区用户用电，分片对各小区进行供电断开，维持整个城市用电均衡和用电总量控制。本发明实现了智能电网宏观把握和控制，节省了电网数据传输延时时间。

Description

一种电网资源管理与分配方法及系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种电网资源管理与分配方法及系统。

背景技术

软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking,SDN)是一种新兴的基于软件的网络架构及技术，其最大的特点在于具有松耦合的控制平面与数据平面、支持集中化的网络状态控制、实现底层网络设施对上层应用的透明。软件定义网络从上到下分为应用层、控制层、基础设施层(转发层)。控制层位于应用层之下、基础设施层之上，由软件控制平台实现。对上，控制层向应用层提供统一的API应用程序编程接口，通过统一的API，控制层接收应用层对网络的控制指令，并向应用层提供各类网络设备的信息。通过上层网络服务API提供的信息，为上层网络服务通过基础网络服务API获取信息，例如网络拓扑信息、网络设备的端口实时流量信息等；对下，控制层通过开放的控制平面和数据平面接口与基础设施交互，负责对数据平面的直接控制、信息的直接获取，换言之，就是对基础设施层的所有网络设备进行直接的管控。雾计算，指数据处理和应用程序集中在网络边缘的设备中，而不是几乎全部保存在云中，是云计算的延伸概念。雾计算并非由性能强大的服务器组成，而是由性能较弱、更为分散的各类功能计算机组成。雾计算将云计算模式扩展到了网络边缘，虽然雾计算与云计算使用相同的资源(网络、计算和存储)以及共享相同的机制与属性。但是在雾计算里面的应用程序和服务有以下几个特点：应用程序要求非常低的的和可预测的延时时间、地理上的分布式应用、快速移动应用、大型分布式控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网资源管理与分配方法及系统，旨在实现智能电网的宏观把握和控制，将部分数据处理集中在系统的边缘设备中，节省电网数据往来传输的延时时间。

本发明是这样实现的，一种电网资源管理与分配方法，所述电网资源管理与分配方法包括：定义网络控制器宏观控制整个电网系统，获取下层包括集中器雾计算单元及智能电表用户的统计用电数据并与用户存在数据的一一对应关系，控制器结合云平台实现对用户用电资源的管理；同时控制器控制供电设备的供电开关以及供电链路的方向，控制器远程通过流表下发实施对供电设备的管理实现供电资源的管理；

对具体用户用电度数的控制，当用户用电度数超过250度，结合阶梯电价的实施，对用户进行断电警告；对城市用电需求量大的夏季，控制器结合云平台计算小区用户用电，分片对各小区进行供电断开，维持整个城市的用电均衡和用电总量控制。

进一步，所述电网资源管理与分配方法包括：集中器数据处理；集中器支持openflow协议，控制器通过流表信息直接提取集中器中数据，并通过流表将数据上传云平台，云平台控制节点控制计算节点对数据进行处理，并回传控制器；

各小区各用户智能电表组成zigbee自组网络，把一个节点设置为协调器，其它设置成路由器或者节点，并把信道和地址信息设置统一，节点之间通信使用串口通信，调试频率使用9600HZ，与各小区集中器通过无线进行通信；

zigbee自组网络内设置计时器实现智能电表间歇式自动向集中器传输实时无线数据传输，数据表包括标识符、电表度数、截止日期，标识符标识此数据为哪个小区几单元几层几号用户、截止日期为收集到此数据时间；

集中器不断刷新zigbee自组网上传上来的数据定时器执行刷新操作程序，进行数据重写；

多集中器之间通过ip地址进行ping通并实现雾网结构，各集中器可相互调用物理资源处理信息；

集中器对zigbee数据表中的标识符和相应的电表度数进行提取并筛选出实时用电度数大于250度的用户，通过无线方式下传命令到标识符中用户智能电表，进行断电警告；数据表中前32位存储标识符，33至48位存储用电度数，集中器依次读取每个数据表的前32位和33位至48位数据，依次放入缓存数据表，获取用户及用户相应用电度数，一一对应，集中器一一将用户用电度数与250度进行大小比较；

集中器中满足openflow协议，与多控制器之间通过有线或无线的方式进行连接，集中器获取对应控制器ip地址和服务端口通过网络将数据传输至多控制器；

多控制器之间通过ip相互协作控制整个城市的各个雾单元；

多控制器接收数据并通过北向接口将收集的数据上传至Openstack云平台；

Openstack云平台中的控制节点控制将多控制器发送过来的数据存储至存储节点，计算节点提出存储节点中数据，计算城市实时用电总度数包括整个城市总用电度数和各小区用电总度数，控制节点获取计算节点计算结果通过北向接口反馈给相应的控制器；

多控制器分别分析整个城市总用电度数和各控制器管辖的各小区用电总度数，当整个城市用电总度数对供电系统将造成影响时控制器按照各小区用电总度数排序结果，下发流表到供电设备，触发供电设备断电动作执行；

供电设备满足openflow协议，支持控制器的直接控制，收到流表信息，执行流表要求的行为，实现分小区断电。

本发明的另一目的在于提供一种所述电网资源管理与分配方法的电网资源管理与分配系统，所述电网资源管理与分配系统包括：

云平台，具体指Openstack，通过北向接口与多控制器系统交互信息；

多控制器系统，用于监测电网、控制雾计算单元并实现数据收集，同时通过流表控制电网执行相应断电决策；

雾计算单元，用于将收集到的小区用户信息上传多控制器系统；

小区用户，指用电用户，用户安装智能电表，用于采集各个用户用电数据，间歇式上传数据到雾计算单元中的集中器；

发电系统，由发电设备和传输电量设备构成，用于向用电用户供电并受多控制器系统控制。

进一步，所述Openstack由控制节点、网络节点、计算节点和存储节点组成；

控制节点，用于为云平台的控制器，提供云部署，实例运行，网络管理，用户控制以及其他项目对云的访问，提供软件控制基础设施即服务云计算平台；

网络节点，用于提供虚拟网络，支持控制节点和其他节点服务器以及外网的信息交互；

计算节点，用于提供数据计算处理功能，对云平台中数据实时计算；

存储节点，使用普通的服务器构建冗余的、可扩展的分布式对象存储集群，存储容量由管理员根据硬件条件按需设置，作为基础设施的存储服务单元，与控制节点对接，为存储镜像，文档存储，存储需要长期保存的数据，存储网站的图片，缩略图；

控制节点、网络节点、计算节点和存储节点连接到控制节点并实现各节点之间相互通信。

进一步，所述雾计算单元由各个包含数量不等的集中器雾单元组成；

集中器雾单元：集中器相互协作构建雾单元体系结构进行大规模存储，通信以及控制、配置、测量和管理雾单元下层连接的用户电表。

本发明提供的电网资源管理与分配方法及系统，电网的资源管理体现在：①软件定义网络控制器宏观控制整个电网系统，可获取下层包括集中器雾计算单元及智能电表用户的统计用电数据并与用户存在数据的一一对应关系，控制器结合云平台，可总体上实现对用户用电资源的管理；同时控制器控制供电设备的供电开关以及供电链路的方向，控制器可远程通过流表下发实施对供电设备的管理实现供电资源的管理；②电网资源的分配：发电系统与供电系统的完美合作才能维持一个城市的电量需求，电网资源的供电设备安全性决定了供电系统在用户用电需求过大时，为防止供电设备长时间供电做功对自身的损坏，对电网资源的分配，实现城市用电均衡并可持续供电；电网资源的分配主要体现在，对具体用户用电度数的控制，当具体用户用电度数超过250度，结合阶梯电价的实施，对用户进行断电警告；对城市用电需求量大的夏季，控制器结合云平台计算小区用户用电，分片对各小区进行供电断开，以此来维持整个城市的用电均衡和用电总量控制；SDN的应用实现了智能电网的宏观把握和控制；雾计算的结合将部分数据处理集中在系统的边缘设备中，节省了电网数据往来传输的延时时间

t＝t_{用户电表—＞集中器}+t_{集中器—＞控制器}+t_{控制器—＞云平台}+t_{云平台—＞控制器}+t_{控制器—＞集中器}+t_{集中器—＞用户电表}，节省了集中器到控制器，控制器到云平台，云平台到控制器，控制器到集中器的时间往来，用户电表数据上传至集中器后，集中器组成的雾单元对数据进行直接的处理，处理完成后直接下发至用户电表并执行相应动作)。本发明不仅实时监测用户用电信息，还可实现智能特定用户断电提醒及小区分批智能断电，从而保证了智能电网中资源分配和管理的高效。

本发明的zigbee自组网实现整个小区多跳连接，智能电表数据可实现无线方式间歇式上传至集中器；集中器满足openflow协议可实现软件定义网络，实现控制器对集中器的宏观控制并可实时交互数据；集中器之间通过ip地址互通自由组成雾单元，首先雾单元大小组合自由，可充分利用各集中器资源实现资源利用最大化，同时数据在集中器中进行比较处理，可降低因数据传输延迟带来的影响，对用电度数过大的用户实现断电警告；控制器宏观控制整个电网的设备信息，并与云平台结合，可应对各种大数据处理问题，并可实现远程控制供电设备配置，实现电网资源的管理分配一体化，灵活化。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电网资源管理与分配系统结构示意图；

图中：1、云平台；2、多控制器系统；3、雾计算单元；4、小区用户；5、发电系统。

图2是本发明实施例提供的电网资源管理与分配方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的电网资源管理与分配系统主要包括：云平台1、多控制器系统2、雾计算单元3、小区用户4和发电系统5五个部分组成。

云平台1，具体指Openstack，Openstack由控制节点、网络节点、计算节点和存储节点几个主要的组件组合起来完成具体工作，Openstack支持几乎所有类型的云环境，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台，Openstack通过北向接口与多控制器系统交互信息。

控制节点，用于为云平台的控制器，提供云部署，实例运行，网络管理，用户控制以及其他项目对云的访问，提供软件控制基础设施即服务云计算平台；

网络节点，用于提供虚拟网络，支持控制节点和其他节点服务器以及外网的信息交互；

计算节点，用于提供数据计算处理功能，对云平台中数据实时计算；

存储节点，使用普通的服务器构建冗余的、可扩展的分布式对象存储集群，存储容量由管理员根据硬件条件按需设置，作为基础设施的存储服务单元，与控制节点对接，为存储镜像，文档存储，存储需要长期保存的数据，存储网站的图片，缩略图；

控制节点、网络节点、计算节点和存储节点连接到控制节点并实现各节点之间相互通信。

多控制器系统2，只包括控制器，多控制器之间合作交流，所述控制器的控制程序由Floodlight具体实现，Floodlight是一个开源的SDN控制软件，主要功能是监测电网、控制雾计算单元3并实现数据收集，同时通过流表控制电网执行相应断电决策。

雾计算单元3，由各个包含数量不等的集中器雾单元组成，雾计算单元3将收集到的小区用户4信息上传多控制器系统2。

小区用户4，指用电用户，用户安装智能电表，采集各个用户用电数据，间歇式上传数据到雾计算单元3中的集中器。

发电系统5，由发电设备和传输电量设备构成，主要作用是向用电用户供电并受多控制器系统2控制。

如图2所示，本发明实施例的电网资源管理与分配方法包括以下步骤：

S201：智能电表间歇性向集中器传输各用户用电数据；

S202：集中器收集并筛选用户用电数据，筛选策略如下表：

用电量	策略
		<＝250度	忽略
>250度	用电警告

S203：集中器对用电度数超过250度的用户进行暂停性用电警告。该应用执行由控制器控制在雾计算单元中自启动，筛选数据过程在雾计算单元中进行，缓解数据处理延迟和间歇性连接影响；

S204：同时作为边缘设备的雾计算单元对数据进行汇总上传，一定程度上降低带宽限制对通信质量的影响；

S205：多控制器分管局部小区，多控制器相互协同工作实现城市整体用电监控，多控制器收集数据；

S206：多控制器将收集到的数据上传云平台；

S207：云平台对多控制器上传的数据进行计算实时用电度数；

S208：云平台将计算结果反馈给多控制器；

S209：当实时用电度数总数长时间较高(特别是大城市夏天用电)，多控制器系统分段下发流表，分块对小区用户进行停电，从而实现整个城市供电系统的稳定。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理做进一步的说明。

本发明旨在实现阶梯电价的实施和西安夏天小区分块停电降低供电压力。

具体实现流程：

1：各小区各用户智能电表组成zigbee自组网络与各小区集中器通过无线进行通信；

2：zigbee自组网络内设置计时器实现智能电表间歇式自动向集中器传输实时数据，数据表包括标识符、电表度数、截止日期(标识符标识此数据为哪个小区几单元几层几号用户、截止日期为收集到此数据时间)；

3：集中器中保证数据库功能或SD卡，不断刷新zigbee自组网上传上来的数据，进行数据重写；

4：多集中器之间通过ip地址进行ping通并实现雾网结构，各集中器可相互调用物理资源处理信息；

5：集中器对zigbee数据表中的标识符和相应的电表度数进行提取并筛选出实时用电度数大于250度的用户，通过无线方式下传命令到标识符中用户智能电表，进行断电警告；

6：集中器中满足openflow协议，与多控制器之间通过有线或无线的方式进行连接，集中器获取对应控制器ip地址和服务端口通过网络将数据传输至多控制器；

7：多控制器之间通过ip相互协作控制整个城市的各个雾单元；

8：多控制器写程序接收数据并通过北向接口将收集的数据上传至Openstack云平台；

9：Openstack云平台中的控制节点控制将多控制器发送过来的数据存储至存储节点，计算节点提出存储节点中数据计算城市实时用电总度数包括整个城市总用电度数和各小区用电总度数，控制节点获取计算节点计算结果通过北向接口反馈给相应的控制器；

10：多控制器分别分析整个城市总用电度数和各控制器管辖的各小区用电总度数，当整个城市用电总度数对供电系统将造成影响时控制器按照各小区用电总度数排序结果，下发流表到供电设备；

11：供电设备满足openflow协议，支持控制器的直接控制，收到流表信息，执行流表要求的行为，实现分小区断电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电网资源管理与分配方法，其特征在于，所述电网资源管理与分配方法包括：定义网络控制器宏观控制整个电网系统，获取下层包括集中器雾计算单元及智能电表用户的统计用电数据并与用户存在数据的一一对应关系，控制器结合云平台实现对用户用电资源的管理；同时控制器控制供电设备的供电开关以及供电链路的方向，控制器远程通过流表下发实施对供电设备的管理实现供电资源的管理；

对具体用户用电度数的控制，当用户用电度数超过250度，结合阶梯电价的实施，对用户进行断电警告；对城市用电需求量大的夏季，控制器结合云平台计算小区用户用电，分片对各小区进行供电断开，维持整个城市的用电均衡和用电总量控制。

2.如权利要求1所述的电网资源管理与分配方法，其特征在于，所述电网资源管理与分配方法包括：集中器数据处理；集中器支持openflow协议，控制器通过流表信息直接提取集中器中数据，并通过流表将数据上传云平台，云平台控制节点控制计算节点对数据进行处理，并回传控制器；

各小区各用户智能电表组成zigbee自组网络，把一个节点设置为协调器，其它设置成路由器或者节点，并把信道和地址信息设置统一，节点之间通信使用串口通信，调试频率使用9600HZ，与各小区集中器通过无线进行通信；

zigbee自组网络内设置计时器实现智能电表间歇式自动向集中器传输实时无线数据传输，数据表包括标识符、电表度数、截止日期，标识符标识此数据为哪个小区几单元几层几号用户、截止日期为收集到此数据时间；

集中器不断刷新zigbee自组网上传上来的数据定时器执行刷新操作程序，进行数据重写；

多集中器之间通过ip地址进行ping通并实现雾网结构，各集中器可相互调用物理资源处理信息；

集中器对zigbee数据表中的标识符和相应的电表度数进行提取并筛选出实时用电度数大于250度的用户，通过无线方式下传命令到标识符中用户智能电表，进行断电警告；数据表中前32位存储标识符，33至48位存储用电度数，集中器依次读取每个数据表的前32位和33位至48位数据，依次放入缓存数据表，获取用户及用户相应用电度数，一一对应，集中器一一将用户用电度数与250度进行大小比较；

集中器中满足openflow协议，与多控制器之间通过有线或无线的方式进行连接，集中器获取对应控制器ip地址和服务端口通过网络将数据传输至多控制器；

多控制器之间通过ip相互协作控制整个城市的各个雾单元；

多控制器接收数据并通过北向接口将收集的数据上传至Openstack云平台；

Openstack云平台中的控制节点控制将多控制器发送过来的数据存储至存储节点，计算节点提出存储节点中数据，计算城市实时用电总度数包括整个城市总用电度数和各小区用电总度数，控制节点获取计算节点计算结果通过北向接口反馈给相应的控制器；

多控制器分别分析整个城市总用电度数和各控制器管辖的各小区用电总度数，当整个城市用电总度数对供电系统将造成影响时控制器按照各小区用电总度数排序结果，下发流表到供电设备，触发供电设备断电动作执行；

供电设备满足openflow协议，支持控制器的直接控制，收到流表信息，执行流表要求的行为，实现分小区断电。

3.一种如权利要求1或2所述电网资源管理与分配方法的电网资源管理与分配系统，其特征在于，所述电网资源管理与分配系统包括：

云平台，具体指Openstack，通过北向接口与多控制器系统交互信息；

多控制器系统，用于监测电网、控制雾计算单元并实现数据收集，同时通过流表控制电网执行相应断电决策；

雾计算单元，用于将收集到的小区用户信息上传多控制器系统；

小区用户，指用电用户，用户安装智能电表，用于采集各个用户用电数据，间歇式上传数据到雾计算单元中的集中器；

发电系统，由发电设备和传输电量设备构成，用于向用电用户供电并受多控制器系统控制。

4.如权利要求3所述的电网资源管理与分配系统，其特征在于，所述Openstack由控制节点、网络节点、计算节点和存储节点组成；

控制节点，用于为云平台的控制器，提供云部署，实例运行，网络管理，用户控制以及其他项目对云的访问，提供软件控制基础设施即服务云计算平台；

网络节点，用于提供虚拟网络，支持控制节点和其他节点服务器以及外网的信息交互；

计算节点，用于提供数据计算处理功能，对云平台中数据实时计算；

存储节点，使用普通的服务器构建冗余的、可扩展的分布式对象存储集群，存储容量由管理员根据硬件条件按需设置，作为基础设施的存储服务单元，与控制节点对接，为存储镜像，文档存储，存储需要长期保存的数据，存储网站的图片，缩略图；

控制节点、网络节点、计算节点和存储节点连接到控制节点并实现各节点之间相互通信。

5.如权利要求3所述的电网资源管理与分配系统，其特征在于，所述雾计算单元由各个包含数量不等的集中器雾单元组成；

集中器雾单元：集中器相互协作构建雾单元体系结构进行大规模存储，通信以及控制、配置、测量和管理雾单元下层连接的用户电表。