CN105470960A - 基于sdn的电能路由器调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SDN的电能路由器调度方法：当接入电能路由器的分布式电源能够满足接入该电能路由器负荷的要求时，电能路由器优先利用分布式电源对负荷供电，当分布式电源不能满足负荷的要求时，电能路由器优先利用储能设备对负荷供电；当储能设备不能满足负荷的要求时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号及无法正常供电的负荷的电气参数，SDN控制器接收到信号后从市电主干网调度相应数量的电能对该负荷进行供电；当分布式电源的发电量不断增加能同时满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列模块将分布式电源与对应的多个负荷连接，为多个负荷供电。本发明可以实现全局最优的能源控制。

Description

基于SDN的电能路由器调度方法

技术领域

本发明涉及一种基于SDN的电能路由器调度方法。

背景技术

近年来，一方面非可再生能源的不断减少、环境问题的日益凸显，另一方面，人们对居住环境舒适度的要求不断提高，这都要求我们寻找合适的可再生能源以减少非可再生能源的利用和满足日益增长的电能需求。

智能电网的重要标志之一是电网和可再生能源的有机结合，可再生能源发电的利用形式有分布式发电和集中发电两种形式。分布式发电通常直接接入低压配电网，供给用户，这样减少了线路损耗、降低了电力系统建设成本。

针对智能电网在电源接入、电能控制和电能传输等方面面临的挑战，借鉴Internet中交换设备的设计理念，设计能够实现能源网络互联、调度和控制的电能路由器是构建能源互联网的一种直观可行的方案。但传统的电能路由器是彼此独立工作的，只能以局部最优的策略工作，更容易造成网络资源和能源资源的浪费。因此，如何实现全局最优的能源控制和流量工程，使网络资源和能源资源得到高效利用就成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对SDN架构与电能路由器的结合，设计了一种SDN控制器对电能路由器的具体调度方法，以实现全局最优的能源控制，使能源资源得到高效利用。本发明的技术方案如下：

一种基于SDN的电能路由器调度方法，电能路由器的电源接口和负荷接口都遵循以下调度原则：

1)电源供电的优先级为分布式电源、储能设备、市电；

2)负荷接入分布式电源的优先级为可控恒温负荷、可控非恒温负荷、不可控负荷；

3)根据分布式电源的电气参数，当分布式电源发电不稳定时，只可以供给可控恒温负荷。

具体调度方法如下：

1)当接入电能路由器的分布式电源能够满足接入该电能路由器负荷的要求时，电能路由器优先利用分布式电源对负荷供电，当分布式电源不能满足负荷的要求时，电能路由器优先利用储能设备对负荷供电；当储能设备不能满足负荷的要求时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号及无法正常供电的负荷的电气参数，SDN控制器接收到信号后从市电主干网调度相应数量的电能对该负荷进行供电；

2)当分布式电源的发电量不断增加能同时满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列模块将分布式电源与对应的多个负荷连接，为多个负荷供电；当分布式电源的发电量不断减少不能满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列将一部分负荷与储能设备连接，由储能设备进行供电；

3)当分布式电源除了供应连接本电能路由器的负荷外还有富余容量时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号，若此时SDN控制器接收到市电主干网的供电紧张信号，则电能路由器将富余的能量供给其他区域电力设备使用；若此时SDN控制器没有接收到市电主干网的供电紧张信号，则电能路由器调节分布式电源为储能设备充电；若储能设备已满，则停止部分不可再生能源发电机；

4)当市电主干网用电紧张时，市电主干网向SDN控制器发送供电紧张信号，SDN控制器向电能路由器发送相应信号调动能源，电能路由器收到信号后控制分布式电源和储能设备同时作为电源进行供电，若仍不能满足市电主干网的用电需求，则必须进行甩负荷，依次对可控恒温电气设备和可控非恒温电气设备甩负荷，若用户对某被甩负荷进行重插，说明该被甩负荷目前的用电优先级比较高，不再对其进行甩负荷；

5)当市电主干网故障时，市电主干网向SDN控制器发送故障信号，SDN控制器发送相应信号使市电主干网和电能路由器解除连接，由与电能路由器相连的分布式电源和储能设备单独为接入该电能路由器的负荷供电；若分布式电源和储能设备的供电可靠性和供电容量能满足重要负荷时，首先选择供给重要负荷，所述的重要负荷为若停电将造成重大损失的负荷，之后再选择供给包括照明用电在内的优先级较高的负荷。

本发明的有益效果如下：

1.传统的电能路由器是彼此独立工作的，只能以局部最优的策略工作，而SDN架构通过控制器获取全局拓扑信息，实现全局最优的能源控制和流量工程；

2.SDN架构统一的南向接口便于底层物理设备的虚拟化与透明化，更利于网络资源与能源的高效率调度；

3.SDN架构灵活开放的北向接口支持通过编程实现用户的定制化需求。

附图说明

图1电能路由器拓扑图

图2基于SDN架构的电能路由器组网模型

图3控制器与电能路由器之间的工作模式，(a)为主动模式，(b)为被动模式

图4为整体调度原则

具体实施方式

下面结合附图对实施方式进行说明。

电能路由器也称为能源路由器，CN201210261558.6即公开了一种电能路由器。电能路由器有电源和负荷两类接口，其中电源接口包括一个市电专用接口、一个分布式非可再生电源接口和普通分布式可再生电源(或储能设备)接口。母线包括一条直流母线和两条交流母线，直流母线和交流母线Ⅱ合称为分布式电源母线，通过交、直流变换器相连，连接分布式电源和储能设备等。开关阵列包括一个单向并网开关和若干双向负荷开关。另外电能路由器还包括检测模块、通信模块、控制单元等。其拓扑结构参见图1。

电能路由器的电源接口和负荷接口都遵循以下调度原则：

电源供电的优先级为分布式电源、蓄电池、市电，负荷接入分布式电源的优先级为可控恒温负荷、可控非恒温负荷、不可控负荷；如在分布式电源发电较多时，按照可控恒温负荷、可控非恒温负荷、不可控负荷的先后顺序将负荷切换到分布式电源，在分布式电源发电减少时，按“堆栈”的先进后出原则，将不可控负荷、可控非恒温负荷、可控恒温负荷依次切换到蓄电池、市电。

不可控负荷一般对供电可靠性要求较高，根据分布式电源的电气参数，如果在不能保证这类负荷长时间可靠运行的情况下，最好不将其切换到分布式电源；当分布式电源发电不稳定时，只可以供给可控恒温负荷，不可以将非可控负荷和可控非恒温负荷，因为这类设备频繁启停或频繁启停会使电气设备发热、影响寿命，甚至直接损坏。

基于SDN架构的电能路由器组网模型如图2所示。电能路由器电能端口的输入是配电网电能，负载端口的输出为家用电能或工业电能，电能的转换由电能路由器内部电路实现；同时，电能路由器通过采集模块采集接入该路由器的负荷、分布式电源和储能设备的电气参数，并将其传给SDN控制器保存，作为计算全局策略的数据。SDN控制器与所有电能路由器连接，如图2所示，获取全网拓扑信息以及每个电能路由器采集的数据和其内部开关的状态特性，并以此计算全局最优策略，实现网络资源与能源的高效率调度；控制器提供灵活的编程接口，通过编程实现定制化的用电策略以及网络流量的精准控制。

控制器与电能路由器之间的工作模式可以分为主动式与被动式，如图3所示。主动式是指控制器主动对全局特定资源(例如链路流量、电能路由器的某一开关状态等)进行监控，当相应资源的变化满足控制器程序所设定的阈值时，控制器根据全局拓扑计算新的策略并主动发送给相应的电能路由器；被动式是指由电能路由器向控制器发送策略请求，控制器被动响应并回复电能路由器全局最优的策略。

控制器主动式模式：控制器对网络中的资源进行监控，当资源的变化满足阈值条件时，控制器计算新的全局最优策略；控制器将新的策略发送给相应的电能路由器，更新全网策略；电能路由器根据新的策略执行相应的任务；

控制器被动式模式：电能路由器接收用户输入的需求，并将需求发送给控制器；控制器计算全局最优策略；控制器将全局最优策略返回给相应的电能路由器，并更新全网策略；电能路由器根据新的策略执行相应的任务。

系统的整体调度原则参见图4，其具体过程如下：

1)当某电源供电电能质量和容量均能够满足某负荷的要求时，控制模块控制开关阵列模块将对应的电源和用电器连接，完成电源对负荷的供电。当接入电能路由器的分布式电源能够满足接入该电能路由器负荷的要求时，电能路由器优先利用分布式电源对负荷供电，当分布式电源不能满足负荷的要求时，电能路由器优先利用储能设备对负荷供电，当储能设备不能满足负荷的要求时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号及无法正常供电的负荷的电气参数，SDN控制器接收到信号后从市电主干网调度相应数量的电能对该负荷进行供电。

2)当分布式电源的发电量不断增加能同时满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列模块将分布式电源与对应的多个负荷连接，为多个负荷供电；当分布式电源的发电量不断减少不能满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列将一部分负荷与储能设备连接，由储能设备进行供电。

3)当分布式电源除了供应连接本电能路由器的负荷外还有富余容量时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号。若此时SDN控制器接收到市电主干网的供电紧张信号，则电能路由器将富余的能量供给其他区域电力设备使用；若此时SDN控制器没有接收到市电主干网的供电紧张信号，则电能路由器调节分布式电源为储能设备充电。

4)当市电主干网用电紧张时，市电主干网向SDN控制器发送供电紧张信号，SDN控制器向电能路由器发送相应信号调动能源，电能路由器收到信号后控制分布式电源和储能设备同时作为电源进行供电，若仍不能满足市电主干网的用电需求，则必须进行甩负荷，依次对可控恒温电气设备和可控非恒温电气设备甩负荷。若用户对该负荷进行重插，说明该负荷目前的用电优先级比较高，不再对其进行甩负荷。

当分布式电源发电量大，除了供给当地负荷的使用，仍剩余较多时，可以通过并网逆变器并网。在电力系统用电高峰期时，向市电主干网供电可以提高市电主干网的供电可靠性，同时起到削峰的作用；若当前市电主干网用电不紧张，可以减少发电机的运行数量，从而减少了非可再生能源的使用，而且有利于环境保护和可持续发展。

5)当市电主干网故障时，市电主干网向SDN控制器发送故障信号，SDN控制器发送相应信号使市电主干网和电能路由器解除连接，由电能路由器中的分布式电源和储能设备单独为接入该电能路由器的负荷供电。若分布式电源和储能设备的供电可靠性和供电容量无法满足全部负荷仅能满足重要负荷时，首先选择供给重要负荷(其停电将造成重大损失)和优先级较高的负荷(如照明用电)。

Claims (1)

1.一种基于SDN的电能路由器调度方法，电能路由器的电源接口和负荷接口都遵循以下调度原则：

1)电源供电的优先级为分布式电源、储能设备、市电；

2)负荷接入分布式电源的优先级为可控恒温负荷、可控非恒温负荷、不可控负荷；

3)根据分布式电源的电气参数，当分布式电源发电不稳定时，只可以供给可控恒温负荷。

具体调度方法如下：

1)当接入电能路由器的分布式电源能够满足接入该电能路由器负荷的要求时，电能路由器优先利用分布式电源对负荷供电，当分布式电源不能满足负荷的要求时，电能路由器优先利用储能设备对负荷供电；当储能设备不能满足负荷的要求时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号及无法正常供电的负荷的电气参数，SDN控制器接收到信号后从市电主干网调度相应数量的电能对该负荷进行供电；

2)当分布式电源的发电量不断增加能同时满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列模块将分布式电源与对应的多个负荷连接，为多个负荷供电；当分布式电源的发电量不断减少不能满足多个负荷工作时，电能路由器控制开关阵列将一部分负荷与储能设备连接，由储能设备进行供电；

3)当分布式电源除了供应连接本电能路由器的负荷外还有富余容量时，电能路由器向SDN控制器发送相应信号，若此时SDN控制器接收到市电主干网的供电紧张信号，则电能路由器将富余的能量供给其他区域电力设备使用；若此时SDN控制器没有接收到市电主干网的供电紧张信号，则电能路由器调节分布式电源为储能设备充电；若储能设备已满，则停止部分不可再生能源发电机；

4)当市电主干网用电紧张时，市电主干网向SDN控制器发送供电紧张信号，SDN控制器向电能路由器发送相应信号调动能源，电能路由器收到信号后控制分布式电源和储能设备同时作为电源进行供电，若仍不能满足市电主干网的用电需求，则必须进行甩负荷，依次对可控恒温电气设备和可控非恒温电气设备甩负荷，若用户对某被甩负荷进行重插，说明该被甩负荷目前的用电优先级比较高，不再对其进行甩负荷；

5)当市电主干网故障时，市电主干网向SDN控制器发送故障信号，SDN控制器发送相应信号使市电主干网和电能路由器解除连接，由与电能路由器相连的分布式电源和储能设备单独为接入该电能路由器的负荷供电；若分布式电源和储能设备的供电可靠性和供电容量能满足重要负荷时，首先选择供给重要负荷，所述的重要负荷为若停电将造成重大损失的负荷，之后再选择供给包括照明用电在内的优先级较高的负荷。