[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

摘要

本发明提供一种动态应急恢复机制的供水管网级联鲁棒性测算方法，包括：加载供水管网基本水力信息和拓扑结构；设定容忍度参数范围和迭代递增量；根据容忍度参数计算节点最大水压约束条件；计算单节点崩溃的动态应急恢复机制供水管网级联鲁棒性；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供水管网级联系统鲁棒性；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供水管网级联系统鲁棒性评价矩阵；识别最优应急策略，给出应急策略优劣排序。本发明能够结合供水管网实体流属性，考虑级联失效和动态应急策略，准确计算应急策略鲁棒性，给出应急策略优先度排序。

主权项

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：Qk,act,t′=0Pk,t′≤Pk,minQk,reqPk,t′-Pk,minPk,ser-Pk,minPk,min<Pk,t′<Pk,serQk,reqPk,ser≤Pk<Pk,max0Pk,t′≥Pk,max]]>其中，Qk,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；Qk,req为节点k的需求流量，单位为L/s；Pk,t’为t时刻节点k修复后的水压；Pk,min为节点k的最小水压；Pk,ser为节点k的服务水压；Pk,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：G=N′N]]>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：AS=ΣasiN]]>其中，∑asi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：V=N-N′T]]>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。