[发明专利]一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性测算方法

权利要求书

1.一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性测算方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

S1、加载供水管网的拓扑结构和基本水力数据信息，建立供水管网关联矩阵；

S2、设定容忍度参数α，明确容忍度参数α的范围和迭代递增量；

S3、根据容忍度参数α计算供水管网中各节点的最大水压值；

S4、确定初始崩溃节点；明确崩溃节点的模拟范围，在该范围内依次模拟每个节点作为初始崩溃节点后所导致的级联行为，然后，建立矩阵FailureNodeProcess记录每一时间步长条件下的崩溃节点，建立矩阵FailureLinkProcess记录每一时间步长条件下崩溃管段；

S5、关闭崩溃节点的关联管段，更新供水管网的拓扑结构；然后利用Newton-Raphson算法迭代求解节点水压基本方程组，重新计算失效发生后供水管网中各个未崩溃节点的水压；

所述崩溃节点的关联管段为该崩溃节点的上下游管段；

S6、根据步骤S5中计算出来的未崩溃节点的水压，识别所触发的新的次级崩溃节点；

S7、根据权重分配策略计算随时间分布的供水管网中每个崩溃节点的应急资源分配量；

S8、根据每个崩溃节点的应急资源分配量，分配应急资源，修复崩溃节点；

S9、根据修复后的节点水压，更新供水管网中节点的实际可利用流量，并将该流量作为下一次迭代的节点流量值：

其中，Q_k,act,t’为t时刻节点k的根据修复水压计算的实际可利用流量，单位为L/s；Q_k,req为节点k的需求流量，单位为L/s；P_k,t’为t时刻节点k修复后的水压；P_k,min为节点k的最小水压；P_k,ser为节点k的服务水压；P_k,max为节点k的最大水压；

S10、判断供水管网的级联失效现象是否停止；

S11、供水管网的级联失效现象停止后，计算在当前初始崩溃节点条件下供水管网的鲁棒性评价指标G，AS和V；

最大连通子图尺寸：

其中，N’为级联失效停止后供水管网中的最大连通子图所包含的节点数；N为供水管网需求节点数；G的相对大小反映了供水管网在遭受攻击后，供水管网的拓扑结构发生的变化，是供水管网破坏程度的体现；

崩溃规模：

其中，∑as_i为攻击节点i所导致的级联失效发生后，供水管网中处于失效状态的节点数，崩溃节点无法正常供水；AS反映了供水管网中处于失效状态的节点数量，随着级联失效次级失效的发生，供水管网中处于失效状态的节点数量增加；

级联传播速度：

其中，T为级联失效总迭代步数，衡量了级联反应在供水管网中的传播时间；V表示每一单位时间步长内失效的节点数量；

步骤S12：判断是否模拟了供水管网中的所有的初始崩溃节点；如是，则执行步骤S13；如否，则执行步骤S4继续模拟，迭代计算初始崩溃节点范围内所有节点依次崩溃的动态应急恢复机制的供水管网级联系统鲁棒性；

步骤S13：计算在当前容忍度参数条件下供水管网的系统鲁棒性评价指标；所述系统鲁棒性评价指标为供水管网中所有节点的鲁棒性指标求平均；

步骤S14：判断是否模拟了所有容忍度参数；如是，则执行步骤S15；如否，则返回步骤S2继续迭代模拟，迭代计算容忍度参数范围内所有节点依次崩溃的动态应急恢复机制的供水管网级联系统鲁棒性评价指标矩阵；

S15、根据系统鲁棒性评价指标矩阵，识别最优应急策略，给出应急策略优劣排序；

步骤S4中利用时间步长t记录供水管网级联失效过程，其中t＝0，表示供水管网未被攻击状态；t＝1，表示供水管网出现初始崩溃节点；t＝2,3,4,5,…,T表示供水管网级联失效过程；T为级联失效停止时的时间步长；

步骤S15应急策略优劣排序的具体步骤如下：

S151、比较各个应急策略的容忍度参数临界值，容忍度参数临界值越小的应急策略能使供水管网越早稳定，能够更好的适应运营阶段容忍度参数不稳定的供水管网；

所述容忍度参数临界值是指：当容忍度参数大于该临界值时，供水管网系统鲁棒性处于稳定状态，不再变化；

所述容忍度参数α衡量了节点额外能够承受的压力，适用于评价供水管网的老化情况，随着使用时间的增长，供水管网会出现老化现象，随着水压和需求流量的增加，供水管网无法在高压状态下供水，导致爆管事故频发，由于检测每根管段或每个节点的老化因子需要消耗较多成本，因此若应急策略能使供水管网在容忍度参数较小的情况下保持稳定，则说明该应急策略能够更好的适应老化的供水管网；

S152、统计各应急策略的系统鲁棒性指标G、AS和V优于其他应急策略的相应指标的频数；

S153、根据频数计算各应急策略的系统鲁棒性指标G、AS和V优于其他应急策略的相应指标的累计频率，识别最优应急策略，给出应急策略的优劣排序。