CN210836207U - 能源网络 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种能源网络，涉及能源网络技术领域。本公开的一种能源网络，包括：端节点，被配置为执行产生电能或消耗电能中的至少一项；和多个能源路由器，每个能源路由器与端节点和其他能源路由器中的至少两个节点连接，构成能源网络拓扑；其中，每个能源路由器包括：提供能源和PLC数据输入能源或输出能源路由器的至少一种通道的端口；控制端口的开闭状态的能源传输开关；和确定能源传输路径的路由部件；路由部件确定与能源传输路径相关联的端口，导通端口的能源传输开关。这样的能源网络中能够传输能源和PLC数据，使得能源能够在能源网络中的灵活传输，方便了电能的交易，提高了能源交互的灵活性。

Description

能源网络

技术领域

本公开涉及能源网络技术领域，特别是一种能源网络。

背景技术

电流与水流的相似之处，包括流向不可控，不可跟踪，只要有路径，只要有高落差，电或水就会自行流动。基于这样的特性，在当前集中式的电力系统中，利用电能落差进行电能传输和供给。能源路由器在集中式能源网络中能够实现被动的流向控制和能源的逆变转换，如交直流的转换和电压的转换等。

发明内容

本公开的一个目的在于提高能源交互的灵活性。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种能源网络，包括：端节点，被配置为执行产生电能或消耗电能中的至少一项；和多个能源路由器，每个能源路由器与端节点和其他能源路由器中的至少两个节点连接，构成能源网络拓扑；其中，每个能源路由器包括：提供能源和PLC数据输入能源路由器，或输出能源路由器的至少一种通道的端口；控制端口的开闭状态的能源传输开关；和根据PLC数据和存储的路由信息确定能源传输路径的路由部件；其中，路由部件确定与能源传输路径相关联的端口，导通端口的能源传输开关，以便输入能源路由器的电能从导通的端口输出。

在一些实施例中，能源路由器包括：端点侧能源路由器，与端节点连接，接收来自端节点的能源和PLC数据，根据PLC数据的目的地址转发PLC数据和能源。

在一些实施例中，能源路由器还包括区域能源路由器，与一个或多个端点侧能源路由器连接。

在一些实施例中，能源路由器还包括：主干能源路由器，与一个或多个区域能源路由器连接。

在一些实施例中，能源网络中包括多个主干能源路由器，主干能源路由器还与一个或多个主干能源路由器连接。

在一些实施例中，端节点包括用户节点和发电机构节点。

在一些实施例中，能源路由器还包括以下至少一项：统计各个能源端口的能源信息的能源计量部件；或位于能源端口之间，执行交流变换或电压转换中至少一项功能的能源转换部件。

在一些实施例中，能源路由器还包括：跨电压转换部件，接收来自端口的PLC数据的报文，发送给路由部件；将路由部件生成的能源传输路径按照输出电压封装成PLC数据的报文。

在一些实施例中，能源路由器还包括：数据处理部件，包括：应用层子部件，被配置为生成应用数据；解析来自传输层子部件的应用数据；其中，应用数据包括能源数据、控制数据、状态数据或故障数据中的至少一项；传输层子部件，被配置为根据应用数据和预定传输层协议封装传输层数据包；解析来自网络层子部件的传输层数据包；网络层子部件，被配置为根据传输层数据包、MAC(Media Access Control Address，媒体存取控制位址)地址和能源互联网协议EIP地址，生成网络层数据包；解析来自链路层子部件的网络层数据包；和，链路层子部件，被配置为根据网络层数据包生成PLC数据报文；解析来自能源网络的PLC数据报文。

在一些实施例中，PLC数据报文包括:PLC头部信息，包括PLC通信技术标识；EIP头部信息，包括源EIP地址和目的EIP地址；能源信息通信技术EICT头部信息，包括源MAC地址、目的MAC地址、序号、协议类型和校验信息；和应用数据。

这样的能源网络中能够传输能源和PLC数据，能源路由器能够根据PLC数据为能源规划传输路径，并导通传输路径上的端口供能源传输，使得能源能够在能源网络中的灵活传输，方便了电能的交易，提高了能源交互的灵活性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开的能源网络的一些实施例的示意图。

图2为本公开的能源网络的另一些实施例的示意图。

图3为本公开的能源网络中能源路由器的一些实施例的示意图。

图4为本公开的能源网络中能源路由器的另一些实施例的示意图。

图5为本公开的能源网络中PLC数据的报文的一些实施例的示意图。

图6为本公开的能源网络的运行方法的一些实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

本公开的能源网络的一些实施例的示意图如图1所示。

能源网络中可以包括多个端节点111～11m，m为正整数。端节点可以为发电厂节点或用户节点等，能够执行产生电能或消耗电能中的至少一项。能源网络中还包括多个能源路由器101～10n，n为正整数。每个能源路由器与端节点和其他能源路由器中的至少两个节点连接，构成能源网络拓扑。

在一些实施例中，能源路由器能够接收PLC数据和能源，PLC数据中包括目的地址。在一些实施例中，PLC数据中还可以包括源地址和能源传输量。能源路由器根据PLC数据和存储的路由信息确定能源传输路径。在一些实施例中，可以根据PLC数据确定目的地址，根据存储的路由信息，基于最短路径算法确定能源传输路径，进而确定下一跳地址。能源路由器根据确定与能源传输路径相关联的端口，导通端口的能源传输开关，进而输入能源路由器的电能从导通的端口输出。

这样的能源网络中能够传输能源和PLC数据，能源路由器能够根据PLC数据为能源规划传输路径，并导通传输路径上的端口供能源传输，使得能源能够在能源网络中的灵活传输，方便了电能的交易，提高了能源交互的灵活性。

在一些实施例中，能源网络中的能源路由器的一些实施例的示意图可以如图2所示。能源路由器包括：

多个端口201，端口201是能源路由器与外部进行能源传输的通道，能够使能源、PLC数据输入能源路由器，或输出能源路由器，或者即能够输入，也能够输出。在一些实施例中，PLC数据在能源网络中的传输与要传输、交互的能源使用相同的链路。

能源传输开关202，能够控制端口的开闭状态。在一些实施例中，根据能源流入或流出控制能源开关，导通当前能源路由器上位于传输路径上的端口，从而实现控制能源流向。在一些实施例中，当确定能源传输时，会收到来自其他能源路由器、控制端或路由部件的PLC能源传输指令。当接收到PLC能源传输指令时，开启能源传输开关；接收到来自其他能源路由器、控制端或路由部件的PLC能源传输完毕指令时，关闭能源传输开关。

路由部件203，能够根据PLC数据和存储的路由信息确定能源传输路径。在一些实施例中，路由部件203能够根据PLC数据确定目的地址；根据存储的路由信息，基于最短路径算法确定能源传输路径，进而确定下一跳地址。在一些实施例中，路由部件根据确定与能源传输路径相关联的端口，导通端口的能源传输开关，以便输入能源路由器的电能从导通的端口输出。

这样的能源路由器能够接收能源和PLC数据，根据PLC数据为能源规划传输路径，并导通传输路径上的端口供能源传输。基于这样的能源路由器，使得能源能够在能源网络中的灵活传输，方便了电能的交易，提高了能源交互的灵活性。

在一些实施例中，路由部件203可以包括能源路径存储单元和能源路径择优单元。能源路径存储单元能够存储系统网络内能源传输最短路径。新建能源传输路径时，直接存储到能源路径存储单元，后续新增能源传输路径且路径更短时，更新能源路径存储单元。能源路径择优单元从能源路径存储单元中选择最短的能源传输路径。这样的能源路由器在提高路径规划效率的同时，也不断优化传输路径，降低能源在传输过程中的损耗。

在一些实施例中，路由部件203在根据存储的路由信息不能生成传输路径的情况下，通过端口向其他路由器发送广播信息，收到广播消息的能源路由器反馈自身存储的、与目的地址相关联的路由信息；根据更新后的路由信息确定能源传输路径。路由部件103根据收到的路径反馈更新存储的路由信息，进而根据更新后的路由信息，基于最短路径算法确定能源传输路径，进而确定下一跳地址以及输出端口，导通端口的能源传输开关。

这样的能源路由器能够在自身网络拓扑不全的情况下，通过广播信息的方式从其他网络节点得到路由信息，进而补充自身存储的网络拓扑，提高能源传输路径规划成功的概率，以及提高能源传输效率。

在一些实施例中，如图2所示，能源路由器还可以包括能源计量部件204。能源计量部件204能够统计各个能源端口的能源信息。在一些实施例中，能源计量部件204计量各个端口流入或流出的电量。在一些实施例中，在能源传输时，在能源传输开关从开到关的时间段内，将记录持续时间t，以传输时间段的均值功率p乘以时间t，可以计算时间段内的电量，进而可计量传输的能源。在一些实施例中，PLC数据中可以包括能源的目标地址、源地址、传输量以及实时电压电流功率等信息，可以基于能源计量部件204对各个端口的统计结果，结合PLC数据中的信息实现对端到端能源传输的统计。

在一些实施例中，如图2所示，能源路由器还可以包括位于能源端口之间，执行交流变换或电压转换中至少一项功能的能源转换部件205。由于能源路由器两端的电压、交直流情况可能不同，因此需要进行能源转换，如400V转成48V等。在一些实施例中，能源转换部件205可以实现交直流/高低压互相转换功能。在一些实施例中，能源转换部件205可以为逆变器。

这样的能源路由器能够考虑到能源传输网络两侧网络环境不同的问题，扩展了能源路由器的应用范围。

在一些实施例中，如图2所示，能源路由器还可以包括跨电压转换部件206。由于PLC数据在跨电压时面临电压耦合问题，即能源数据无法直接跨电压传输，在经过变压转换后，载波特征将消失，无法体现能源数据。在一些实施例中，可以通过增加电感，以电压耦合或电流耦合方式，在不同电压两侧，将能源数据桥接。这样的能源路由器可以避免跨电压造成的PLC数据丢失，保证能源网络数据传输的可靠性。

在另一些实施例中，跨电压转换部件206可以接收来自端口的PLC数据的报文，发送给路由部件；将路由部件生成的能源传输路径按照输出电压封装成PLC数据的报文。跨电压转换部件206的输入端位于电能在能源路由器的输入端口与能源转换部件105的输入端之间，跨电压转换部件206的输出端位于电能在能源路由器的输出端口与能源转换部件205的输出端之间，从而在电压转换的过程中将PLC数据剥离，避免数据丢失。在一些实施例中，还可以根据需求对PLC数据进行处理，如生成新的源EIP地址、目标EIP地址，并附加到传输协议报文上，再以新的协议报文传输到另一侧电压，从而实现PLC数据的更新，提高了数据传输的灵活性。

在一些实施例中，能源路由器101～10n中可以包括端点侧能源路由器，与端节点连接，接收来自端点的能源和PLC数据，根据PLC数据的目的地址转发PLC数据和能源。端点侧能源路由器之间可以相互连接，各个端节点通过端点侧能源路由器完成交互。

这样的能源网络能够实现与端节点之间的信息交互，以及通过能源路由器为端节点生成PLC数据，将端节点融入能源网络中，使产能、耗能节点智能化。在一些实施例中，通过端点侧能源路由器互联的能源网络适用于节点数量较少、网络规模较小的场景下。

在一些实施例中，能源路由器101～10n中除了端点侧能源路由器，还可以包括区域能源路由器。区域能源路由器可以与一个或多个端点侧能源路由器连接，区域能源路由器之间可以相互连接。来自端点侧能源路由器的能源和数据可以在区域能源路由器进行中转，达到目标端点侧能源路由器。

这样的能源网络中包括区域能源路由器，能够扩大能源网络能够支持的规模，减少完成贯通的能源网络拓扑所需的链路数量，降低网络搭建成本，提高能源网络形态的灵活度，有利于推广应用。

在一些实施例中，能源路由器101～10n中还可以包括主干能源路由器，主干能源路由器与多个区域能源路由器连接，区域能源路由器之间通过主干能源路由器交互，来自区域能源路由器的能源和数据可以在主干能源路由器进行中转，达到目标端点侧能源路由器连接的区域能源路由器。

这样的能源网络中包括主干能源路由器，能够进一步扩大能源网络能够支持的规模，减少完成贯通的能源网络拓扑所需的链路数量，降低网络搭建成本，提高能源网络形态的灵活度，有利于推广应用。

本公开的能源网络的另一些实施例的示意图如图3所示。图中用户和发电厂分别具备各自的端点侧路由器，图中未示出。能源路由器还可以包括多个主干能源路由器，如主干能源路由器321、322和323。每个主干能源路由器与一个或多个主干能源路由器，以及一个或多个端点侧能源路由器连接，从而进一步扩大能源网络能够支持的规模，也能够避免由单个主干能源路由器转发造成传输瓶颈，提高能源网络的稳定性。

在一些实施例中，能源互联网网络由多种网络拓扑组成，层级划分有主干网、区域网、各个节点。同层级主干网、同层级区域网采用网状结构，物理上铺设可以互相能源传输、通讯的电力线。同层级各个节点采用星形结构，各个节点与区域路由器连接，通过区域路由器桥梁。

在一些实施例中，如图3所示，主干能源路由器可以与一个或多个区域能源路由器连接。能源路由器还可以包括区域能源路由器，如区域能源路由器311～314，与一个或多个端点侧能源路由器，以及主干能源路由器连接。区域能源路由器可以位于边缘网络，在连接的端点侧路由器之间执行能源交互，也可以通过与其他区域能源路由器的连接，或通过与主干能源路由器的连接实现跨区域间的能源交互。

这样的能源网络中根据所处的网络位置的不同包括多种能源路由器，从而方便对区域内的管理和能量交互，也能够实现跨区域的能源交互，提高对能源网络层次化管理程度，提高网络的可控性，也减少了网络中需要的路由器数量，使路由器节点能够得到充分应用。

在一些实施例中，如图2所示，能源路由器还可以包括：数据处理部件207，能够基于应用层、传输层、网络层、链路层的架构划分形成能源信息通讯传输、能源互联网协议框架。

在一些实施例中，如图4所示，数据处理部件207可以包括：

应用层子部件，能够生成应用数据；解析来自传输层子部件的应用数据；其中，应用数据包括能源数据、控制数据、状态数据或故障数据中的至少一项。

传输层子部件，能够根据应用数据和预定传输层协议封装传输层数据包；解析来自网络层子部件的传输层数据包。在一些实施例中，传输层子部件可以兼容支持CAN、Modbus、BACNet、LonWorks等。

网络层子部件，能够根据传输层数据包、MAC地址和EIP地址，生成网络层数据包；解析来自链路层子部件的网络层数据包。

链路层子部件，能够根据网络层数据包生成PLC数据报文；解析来自能源网络的PLC数据报文。

在实际传输能源数据过程中，将每层数据从上往下依次封装组成数据包，最终数据包将体现如图5所示的应用数据、源MAC地址、目标MAC地址、源EIP地址、目标EIP地址、协议类型、校验和等信息。

这样的能源路由器借鉴IP网络层级架构，在数据生成、解析和传输过程中，通过如图4中所示的分层处理方式，保证数据传输的可行性和可靠性。

在一些实施例中，PLC数据报文可以如图5所示，包括:

PLC头部信息，在一些实施例中，PLC通信技术标识占1个字节，标识能源信息采用的PLC通讯技术；

EIP头部信息，包括源EIP地址和目的EIP地址。在一些实施例中，EIP头部信息占8个字节，其中，源EIP地址及目标EIP地址各占4个字节。EIP地址用于标识在系统网络的唯一地址；

EICT头部信息，包括源MAC地址、目的MAC地址、序号、协议类型和校验信息。在一些实施例中，EICT头部信息占16个字节，源MAC地址、目标MAC地址各占4个字节，序号、确认号、协议类型、协议版本各占1个字节，长度、校验和各占2个字节；

MAC地址用于标识在系统网络的唯一设备；

应用数据字段可以根据需要包括能源数据、控制数据、状态数据或故障数据中的一项或多项。

这样的数据报文形式能够与能源路由器的层级架构相配合，保证数据传输的可行性和可靠性，且提高数据传输内容的灵活度。

本公开的能源网络的运行方法的一些实施例的流程图如图6所示。

在步骤601中，能源输出端通过连接的能源路由器生成PLC数据。在一些实施例中，PLC数据中包括目的地址。PLC数据中还可以包括源地址、下一跳地址、能源交互数量等。

在步骤602中，收到PLC数据的能源路由器根据目的地址确定能源传输路径和下一跳地址，导通输入PLC数据的端口和与下一跳能源路由器地址相连接的端口，并将PLC数据发送至下一跳节点。

在步骤603中，下一跳节点在收到PLC数据后，判断自身是否为目的地址的节点。若为目的地址节点，则完成整条路径的规划，执行步骤604；若不为目的地址节点，则继续执行步骤602。

在步骤604中，根据能源路由器的导通路径执行电能传输，目的地址的节点接收来自能源路由器的电能。

在一些实施例中，PLC数据可以与要交互的电能同步传输，随着一个下一跳节点的确定导通一节电路，在到达目的节点后，电能到达目的节点。

在另一些实施例中，可以先传输PLC数据，在完成从源端到目的端的路径导通后执行电能传输。

通过这样的方法，能够在能源网络中传输能源和PLC数据，能源路由器根据PLC数据为能源规划传输路径，并导通传输路径上的端口供能源传输，使得能源能够在能源网络中的灵活传输，方便了电能的交易，提高了能源交互的灵活性。

在一些实施例中，每个用户既是用电体，也可以是发电体，户与户之间可以互相交易。在用户有电能需要输出的情况下，可以发送广播信息。在一些实施例中，在端节点需要输出能源的情况下，通过能源路由器生成的PLC数据广播能源输出信息，能源输出信息中包括源地址和能源输出量。在一些实施例中，PLC数据中还可以包括售电价格，以便用电方考虑是否接受。各个端点在收到PLC数据后，根据能源输出信息和自身的需求确定需要是否接收能源，还可以确定能源接收量，如接收部分或全部电能。端节点向源地址反馈能源接收信息，能源接收信息中包括能源接收量，以及自身地址信息以作为能源输出的目的地址。

通过这样的方法，用户能够将富余电能通过能源网络赠送或出售，提高能源的利用率；能源需求方可以根据收到的能源输出信息选择要购买或接收的电能输出端，提高了灵活度。

在一些实施例中，可以基于需要接收电能的用户向源地址反馈的能源接收信息进行能源传输的路径规划。如：能源路由器根据承载能源接收信息的PLC消息导通输入PLC数据的端口和与下一跳能源路由器地址相连接的端口，并将PLC数据发送至下一跳节点，直至下一跳节点为源地址的节点，根据能源路由器的导通路径的逆向路径执行电能传输。

通过这样的方法，在能源交易确认的过程中即完成路径的规划，无需单独发送用于路径规划的PLC数据，提高了传输效率，减少了能源路由器的工作量。

在一些实施例中，需求能源的用户可主动发送能源请求，以便及时获取能源。在一些实施例中，在端节点需要输入能源的情况下，通过能源路由器生成的PLC数据广播能源请求信息，能源输出信息中包括能源请求量，和自身地址以作为能源输出的目的地址。在一些实施例中，能源输出信息中还包括需求的能源量，还可以包括可以接受的价格范围。收到能源请求信息的节点根据自身的能源富余情况、价格等，确定是否向发送请求的端节点输送电能。在确定输出电能的情况下，向目的地址反馈能源输出信息，能源输出信息中包括能源输出量，以及自身地址信息以作为能源输出的源地址。

通过这样的方法，能源需求方可以及时、主动的向其他网络节点请求能源，而需求方可以根据自身情况及时供应，提高了能源供给的及时性和灵活度。

在一些实施例中，可以基于需要输出电能的用户向发送能源请求信息的地址反馈的能源输出信息进行能源传输的路径规划。如：能源路由器根据承载能源输出信息的PLC消息导通输入PLC数据的端口和与下一跳能源路由器地址相连接的端口，并将PLC数据发送至下一跳节点，直至下一跳节点为目的地址的节点，根据能源路由器的导通路径执行电能传输。

通过这样的方法，在能源交易确认的过程中即完成路径的规划，无需单独发送用于路径规划的PLC数据，提高了传输效率，减少了能源路由器的工作量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种能源网络，其特征在于，包括：

端节点，被配置为执行产生电能或消耗电能中的至少一项；和

多个能源路由器，每个所述能源路由器与端节点和其他能源路由器中的至少两个节点连接，构成能源网络拓扑；

其中，每个所述能源路由器包括：

提供能源和PLC数据输入能源路由器，或输出能源路由器的至少一种通道的端口；

控制所述端口的开闭状态的能源传输开关；和

根据所述PLC数据和存储的路由信息确定能源传输路径的路由部件；

其中，所述路由部件确定与所述能源传输路径相关联的端口，导通端口的能源传输开关，以便输入能源路由器的电能从导通的端口输出。

2.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，其中，所述能源路由器包括：

端点侧能源路由器，与端节点连接，接收来自端节点的能源和PLC数据，根据所述PLC数据的目的地址转发所述PLC数据和能源。

3.根据权利要求2所述的网络，其特征在于，其中，所述能源路由器还包括区域能源路由器，与一个或多个端点侧能源路由器连接。

4.根据权利要求3所述的网络，其特征在于，其中，所述能源路由器还包括：

主干能源路由器，与一个或多个所述区域能源路由器连接。

5.根据权利要求4所述的网络，其特征在于，其中，所述能源网络中包括多个所述主干能源路由器，所述主干能源路由器还与一个或多个主干能源路由器连接。

6.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，其中，所述端节点包括用户节点和发电机构节点。

7.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，其中，所述能源路由器还包括以下至少一项：

统计各个能源端口的能源信息的能源计量部件；或

位于能源端口之间，执行交流变换或电压转换中至少一项功能的能源转换部件。

8.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，其中，所述能源路由器还包括：

跨电压转换部件，接收来自端口的PLC数据的报文，发送给所述路由部件；将所述路由部件生成的能源传输路径按照输出电压封装成PLC数据的报文。

9.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，其中，所述能源路由器还包括：数据处理部件，包括：

应用层子部件，被配置为生成应用数据；解析来自传输层子部件的应用数据；其中，所述应用数据包括能源数据、控制数据、状态数据或故障数据中的至少一项；

传输层子部件，被配置为根据所述应用数据和预定传输层协议封装传输层数据包；解析来自网络层子部件的传输层数据包；

网络层子部件，被配置为根据所述传输层数据包、媒体存取控制位址MAC地址和能源互联网协议EIP地址，生成网络层数据包；解析来自链路层子部件的网络层数据包；和，

链路层子部件，被配置为根据所述网络层数据包生成PLC数据报文；解析来自能源网络的PLC数据报文。

10.根据权利要求9所述的网络，其特征在于，其中，所述PLC数据报文包括:

PLC头部信息，包括PLC通信技术标识；

EIP头部信息，包括源EIP地址和目的EIP地址；

能源信息通信技术EICT头部信息，包括源MAC地址、目的MAC地址、序号、协议类型和校验信息；和

所述应用数据。

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