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专利号: 2023103745119
申请人: 湖南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于,包括:步骤S1,构建强降雨下表征地表径流和排水管网内水力状态的一维‑二维耦合水动力模型,获得交通网道路淹没深度时空分布;

步骤S2,推导交通网洪涝状态下道路淹没水深与应急资源通行时间的关系式;

步骤S3,构建电网断线和道路受淹不确定性下电力‑通信‑交通耦合网络空地应急资源灾前预部署的两阶段鲁棒优化模型,所述两阶段鲁棒模型中一阶段主问题为决定空地应急资源的最优预部署位置及电网预重构方案,二阶段子问题为空地应急资源的灾中应急联动调度;

步骤S4,构建极端降雨灾害下空地应急资源的多层规划模型,所述多层规划模型上层主问题为空地应急资源容量及数量配置决策,中层子问题为两阶段鲁棒模型的一阶段主问题,下层子问题为两阶段鲁棒模型的二阶段子问题;

步骤S5,将步骤S4所构建的多层优化配置模型线性化,而后进行求解,得到极端降雨下不同类型空地应急资源的容量与数量。

2.根据权利要求1所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:步骤S1,构建强降雨下表征地表径流和排水管网内水力状态的一维‑二维耦合水动力模型,获得交通网道路淹没深度时空分布时:先建立强降雨下表征排水管网内水力状态的一维圣维南方程及表征地表径流的二维浅水方程,形成一维‑二维耦合水动力模型,其方程组为:(1)

式中,为时间, 是排水管道流量, 为排水管道横截面积, 为降雨强度,分别表示守恒向量、x方向的通量向量、y方向的通量向量、源项向量,如下式:

(2)

式中, 表示水面的水位, 、 分别表示水流在 方向的流速、 方向的流速,表示水深, 为重力加速度, 表示地面绝对高程,表示溢流源项, 表示地面摩阻源项, 表示地表坡度源项;

再采用Preissmann四点隐式格式与Godunov格式的有限体积法联合并行求解所述一维‑二维耦合水动力模型,得到交通网道路淹没深度时空分布,通过判断淹没深度及范围识别出易涝道路。

3.根据权利要求2所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:步骤S2,推导交通网洪涝状态下道路淹没水深与应急资源通行时间的关系式:道路淹没深度H与通行速度v的关系式,如下:

(3)

式中, 为道路设定的通行速度,为造成交通中断的临界深度的中值; 为弹性衰减系数;

再确定长度为 的受淹的道路 的通行时间 ,表示为:(4)

式中, 表示在道路 不受涝时应急资源的自由通行时间,即 , 为道路 的淹没深度。

4.根据权利要求3所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:一、所述两阶段鲁棒模型一阶段空地应急资源最优预部署位置的约束包括:

1)应急资源从其应急资源中心预部署到停靠站,所需时间等于所选路径的通行时间;

2)每个应急资源只能部署在一个停靠站;

3)应急资源应在极端降雨发生前预先部署在停靠站;

4)预部署的应急资源总数不能超过停靠站的最大允许部署的数量;

5)预部署的应急资源不能超过应急资源配置的数量;

二、所述两阶段鲁棒模型一阶段电网预重构的约束包括:

1)保证重构后的电网为辐射状结构;

2)每条线路的开关状态最多可以改变一次;

3)电网功率平衡约束;

4)电网安全运行约束;

三、所述两阶段鲁棒模型二阶段灾中应急联动调度的目标为在电网断线、道路受淹不确定性的最坏场景下最小化电力负荷削减与通信带宽资源缺额量,该目标函数为:(5)

式中, 为一阶段空地应急资源预部署决策变量,为二阶段空地应急资源调度决策变量,为不确定变量, 为表示电力线路断线、道路受淹不确定性的多面体不确定集, 为电网节点集合, 为电网节点 负荷的权重, 为极端降雨发生后的时刻,为灾后的调度时段集合, 为电网节点 在 时刻的负荷削减,为调度时间, 为通信用户集合, 为受灾区域内第 个通信用户的平均通信带宽需求, 为 时刻未能接入应急通信资源的用户数量,所述应急通信资源为应急通信车和带有通信基站的无人机;

四、所述两阶段鲁棒模型二阶段灾中应急联动调度的约束包括:

1)应急资源在交通网洪涝状态下的通行时间约束;

2)应急资源灾前应预先部署于停靠站,否则不能从停靠站调度到其他节点;

3)极端降雨后应调度预部署于停靠站的应急资源到其他节点进行应急抢修工作;

4)应急排水车从停靠站到达交通节点的时间以及无人机、应急通信车从停靠站到达通信节点的时间均为调度决策时间与通行时间之和;

5)应急电源车一旦安装到电网节点,则后续时间一直为该节点供电;

6)应急通信车与无人机一旦部署到通信节点,则后续时间一直在该节点提供通信服务;

7)应急排水车一旦到达洪涝道路,则后续时间一直在该道路排涝;

8)应急电源车从停靠站到电网节点并安装到电网节点所需时间为通行时间与安装时间之和;

9)连接到每个电网节点的应急电源车容量不能超过该电网节点连接应急电源车容量的上限;

10)应急电源车有功功率和无功功率不能超出运行限制。

5.根据权利要求4所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:所述两阶段鲁棒模型的目标函数中 的计算公式为: (6)

式中, 为受灾区域的用户总数,为无人机集合,为应急通信车集合, ,表示 时刻用户 与应急通信资源 的连接关系,用户接入应急通信资源时取1,反之取0;

当用户同时处于应急通信车和无人机的覆盖范围内,用户只能选择其一进行接入。

6.根据权利要求5所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:所述多层规划模型的上层以空地应急资源的数量与容量为决策变量,以空地应急资源总配置成本最小化为目标,该目标函数为:(7)

式中, 表示应急电源车配置成本; 表示应急通信车与无人机配置成本, 表示应急排水车配置成本;

所述多层规划模型上层的约束为应急资源配置成本上限约束和应急资源数量上限约束,其中:

1)所述应急资源配置成本上限约束为应急资源的配置应不超过配置成本上限,如下式:(8)

式中, 是应急电源车配置成本上限, 是应急通信车与无人机的配置成本上限, 是应急排水车配置成本上限, 是应急资源配置总成本上限;

2)所述应急资源数量上限约束为各应急资源中心配置的应急资源数量不能超过其对应种类应急资源的最大存放数量,如下式:(9)

式中, 表示第 类第 容量应急资源的数量, 表示应急资源中心允许存放的应急资源 的最大数量,表示应急资源 不同容量的种类数, 是应急资源集合。

7.根据权利要求6所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:

1)所述应急电源车配置成本 包括发电成本 、维护成本 和新增成本 ;其中,所述发电成本 为应急电源车向电网供电所需的燃料成本;维护成本 为应急电源车日常维护产生的费用;新增成本 为新购入应急电源车的购置成本与折旧成本;

2)所述应急通信车与无人机配置成本 包括应急通信成本 、维护成本 和新增成本 ;其中,应急通信成本 为应急通信车与无人机提供通信带宽资源的用电成本;维护成本 为应急通信车与无人机日常维护产生的费用;新增成本 为新购入应急通信车与无人机的购置成本和折旧成本;

3)所述应急排水车配置成本 包括应急排水成本 、维护成本 和新增成本;其中,应急排水成本 包括应急排水车的灾中排涝成本;维护成本 为应急排水日常维护产生的费用;新增成本 为新购入应急排水车的购置成本与折旧成本。

8.根据权利要求7所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:步骤S5中,通过分段线性近似与多面体近似对所述多层规划模型进行线性化。

9.根据权利要求8所述的考虑电力‑通信‑交通网络耦合的空地应急资源规划方法,其特征在于:步骤S5中,对线性化后的多层规划模型求解时:先由多层规划模型的上层向中层添加空地应急资源数量与容量约束,再采用Nested C&CG算法对中、下层的两阶段鲁棒优化模型进行求解,得到空地应急资源灾中应急联动调度最差场景下的灾前预部署策略,接着将求解结果向上层添加Benders割,以此迭代求解得到应急资源最优配置方案,即极端降雨下不同类型空地应急资源的容量与数量。