[发明专利]基于软件定义的能源互联网路由架构方法

权利要求书

1.基于软件定义的能源互联网路由架构方法，其特征在于：

在智能电网中的基于IEC61850标准建立的变电站自动化系统中，使用了用于通信的软件定义交换机、用于能量流之间转换和流动的能源路由器以及控制信息流和能量流传输的本地控制器；能源网控制中心是整个能源互联网的核心，通过与各个变电站的本地控制器之间的交互，了解整个电网的运行状态，负责控制全局范围内的能源流的流动；

在基于IEC61850的变电站自动化系统内部，通过各个IED设备自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测的功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动的高级功能；因此IED设备之间通过变电站自动化系统内部的通信网络交换消息，而IED设备之间的消息交换采取点到点方式的TCP连接之上的制造报文规范，以及采用以太网组播的通用面向对象的子站事件和采样值协议；由于这些消息有不同的服务质量要求，用于连接各个IED设备提供信息交换支持的传统的以太网交换机被软件定义交换机替代；将软件定义交换机的控制平面与数据平面剥离开来，实际的控制都交由本地控制器执行，通过与本地控制器之间的消息交换，报告网络拓扑情况以及信息负载情况；本地控制器根据各个软件定义交换机报告的全局拓扑信息以及不同类型的IEC61850消息的服务质量要求决定这些消息经过的交换机路径以及交换机的调度和队列参数，发送控制指令给软件定义交换机；

通过能源路由器控制能源互联网的能量流在不同节点之间的双向流动；一个或多个能源路由器负责将变电站所管辖范围内的各种类型的负载、分布式储能、分布式电源接入到智能电网中，同时这些能源路由器还通过相应的能源网与其他变电站以及主干配电网络中的能源路由器连接；将能源路由器的控制部分与实际的执行部分分开；能源路由器也是变电站内部的一个IED设备；本地控制器除了对变电站内部通信网络的控制，还负责基于IEC61850标准从各个IED设备获取变电站内部的分布式能源和负载的情况，汇总后发送给能源网控制中心；在收到能源网控制中心的调度指令后，再基于IEC61850发送相应的控制指令给其所管理的能源路由器，由能源路由器的执行部分实际控制能源的流动；

各个变电站的本地控制器与能源网控制中心通过广域通信网连接，广域通信网可以采用基于光纤的通讯技术或软件定义网络技术，实际的路由选择、服务质量由能源网控制中心进行决策后发送控制指令给广域网软件定义交换机；

能源网控制中心是整个能源互联网的核心，负责控制能源的流动；变电站本地控制器将获取到的其所管理区域内的分布式电源、负载信息汇总后发送给能源网控制中心；能源网控制中心基于收到的任一能源网的全局状态以及任一能源网能源路由器外的所有其他能源路由器的电力线路、柔性控制的电力拓扑情况后，执行能源互联路由算法，决定能源流的调度信息，并将其下发给各变电站本地控制器；

变电站内部的信息流的流动由软件定义交换机以及本地控制器来控制，软件定义交换与本地控制器之间采用Openflow协议，基本操作方式如下：

步骤1、本地控制器在启动时读取在变电站部署时创建的全站系统配置文件SCD，该文件采用变电站配置语言描述，其中部分内容描述了所有IED的实例配置、通信参数以及IED之间的关联信息；

步骤2、软件定义交换机会在其所有接口处定期发送链路层发现协议消息，并且将各个接口收到的LLDP消息转发给本地控制器，这样本地控制器了解到所有软件定义交换机之间的拓扑；

步骤3、IED设备发送消息时，其所直接连接的软件定义交换机如果是第一次收到该设备发送的消息时，转发该消息到本地控制器；本地控制器了解到该IED设备连接到的交换机，即该IED设备所在的位置；

步骤4、IED设备发送的IEC61850消息到达软件定义交换机时，如果其为负载流的第一个分组，则被转发到本地控制器；变电站内部IED设备之间传递的有不同的服务质量要求；

本地控制器基于前面步骤2和3了解到的通信网拓扑情况、负载流的类型和步骤1了解到的IED设备之间的通信配置信息，决定该负载流的转发路径以及途中各个交换机的调度和队列参数，下发控制指令给有关的软件定义交换机；后续负载流的分组将根据交换机内的匹配规则转发给下一个交换机，直到到达最终的IED设备处；

能源流的流动实际上通过信息流的流动来控制的，基本步骤如下：

首先，能源网的整个拓扑情况在部署时通过SCL描述；变电站内部的本地控制器读取SCL配置文件，了解变电站内部的能源网的拓扑以及所管理的能源路由器与其他能源路由器之间的连接情况；能源控制中心读取全网的SCL配置文件，了解全网范围的能源网拓扑；

其次，包括负载和能源路由器在内的各个IED设备之间采用基于IEC61850的需求侧响应协议来交换对于能源的需求与供应情况，这些消息通过以太网组播发布到相应的消息组中；变电站内部的软件定义交换机根据配置将目的地为对应消息组的消息转发到本地控制器；这样本地控制器的能源路由模块可以了解到变电站内部的负载情况，然后将其上报给能源网控制中心；本地控制器与能源网控制中心之间采用的协议需要能够包含能源流状态信息，因此需要扩展Openflow协议，增加能源流消息，该消息包含了当前节点ID、邻居节点ID以及到邻居节点的链路的多个属性，这些属性包括链路本身的传输开销、链路上连接的负载情况；

再然后，能源网控制中心在收到来自于本地控制器的能源流状态报告后，了解到各个能源路由器接入的负载以及能源路由器之间链路的状态，即了解到全网范围的能源网状态信息，然后基于通过读取SCL配置文件获得的能源网一次系统结构，执行能源互联路由算法，决定能源流的调度信息，将其下发给各变电站本地控制器；

最后，变电站本地控制器在收到来自于能源网控制中心的调度指令后，通过IEC61850协议发送控制指令给相应的能源路由器，由能源路由器的执行模块完成实际的能源流的控制。