1.一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、构建基于有压和无压非恒定流水动力偏微分约束的电力‑排水网络耦合模型，表征暴雨灾害下电网停电、雨水漫溢和道路积水的动态交互演化过程；

步骤S2、在频域中建立排水网非线性水动力偏微分方程的等价线性复代数方程；

步骤S3、推导电力‑排水复合安全区域的多超平面公式，表征复杂电力和雨水注入条件下电泵‑水闸群的可行运行边界；

步骤S4、考虑暴雨天气下降雨不确定性，采用基于蒙特卡洛模拟的多场景随机优化，滚动优化求解当前时刻的应急调度决策方案；

所述步骤S1包括构建基于有压和无压非恒定流水动力偏微分约束的排水网络模型以及构建配电网重构与排水网流向拓扑变换的协同调控模型；其中，构建基于有压和无压非恒定流水动力偏微分约束的排水网络模型具体为：排水管渠中水位未达到管渠顶部，此时将管渠中水流视为无压非恒定流；假设排水网管渠的底部高程为零，并假设渠道或管道截面为形状不变的矩形，有：；

；

；

；

式中， 为 时刻管渠 的过水断面积；为时刻，为沿管渠轴向坐标； 为管渠 汇流流量； 为管渠 水深； 为管渠的横截面面积， 表示管渠处于有压非恒定流状态， 表示管渠处于无压非恒定流状态； 为管渠 的水力坡度，即管渠内水流在水2

平方向上的高度变化； 为管渠 的渠道底坡；表示重力加速度，值为9.81 m/s； 、分别为曼宁系数、水力半径；、分别为时刻集合、管渠集合； 为管渠宽度；

当暴雨天气下雨水涌入管渠，导致管渠水位到达管渠顶部，此时管渠水流将处于有压非恒定流状态：；

；

式中， 表示矩形管渠高度； 为假设的虚拟窄缝宽；表示有压流波速；

有压和无压非恒定流水动力偏微分约束的排水网络模型的初始条件和边界条件分别如下：；

；

式中 、 为管渠 在初始时刻 的水深、流量， 为流量上限； 为流量下限； 为河道长度；

道路积水深度 的计算公式为：

；

；

式中， 为路面与雨水收集井 的流量交换量，当 时，表示雨水从雨水收集井 溢流至路面，当 时，表示雨水从路面流入雨水收集井 ； 表示 时刻道路 处降雨量； 表示道路 的汇水面积； 为 时刻排水车 排入雨水收集井 的水量； 表示应急排水车集合； 表示道路集合； 为 时刻因蒸发和下渗导致的雨水损失量；

所述构建配电网重构与排水网流向拓扑变换的协同调控模型的过程具体为：配电网重构需满足节点功率平衡及线路容量约束，同时，节点负荷削减量应限制在允许范围内：；

；

；

式中， 、 分别为移动应急电源、分布式电源注入电网节点 的有功功率， 、分别为移动应急电源、分布式电源注入电网节点 的无功功率； 、 分别为 时刻线路 流过的有功、无功潮流； 、 分别为 时刻线路 流过的有功、无功潮流；

、 分别为 时刻电网节点 处泵站的有功功率需求、无功功率需求； 、 分别为 时刻电网节点 处水闸的有功功率需求、无功功率需求； 、 分别为 时刻电网节点处除泵闸负荷外的其他有功、无功负荷； 、 分别为 时刻电网节点 处有功负荷削减量、无功负荷削减量， 为电网节点集合；

配电网重构约束还应满足配电网辐射状网络约束：；

；

；

；

；

式中， 与 表示 时刻线路 连通状态变量，若线路 闭合，则 、，若线路 断开，则 、 ； 为0‑1状态变量，其中 表示节点是节点 的父节点，若不是，则 ； 为0‑1状态变量，其中 表示节点 是节点 的父节点，若不是，则 ； 为表示 时刻线路 开关状态变化的0‑1变量，其中 表示线路开关闭合， 表示线路开关断开； 为电网支路集合；

排水网中排水泵站抽排流量和功率间关系及排水泵站运行功率限制如下：；

；

；

式中， 为 时刻排水泵站 消耗的有功功率； 为 时刻排水泵站 的抽排流量；

为水密度； 为排水泵站 的排水效率； 为排水泵站 的水头； 为 时刻排水泵站 消耗的无功功率； 为排水泵站 的功率因数； 、 分别为排水泵站运行功率的上、下限； 表示 时刻排水泵站 启/停状态的二进制变量； 表示排水泵站集合；

排水泵站运行过程中，若电网供电功率低于最小功率限制 ，为避免排水泵站损坏，排水泵站会自动断电停机，具体如下：；

式中，为任意正数； 为排水泵站 的抽排流量；

排水泵站中水闸启闭消耗的有功功率和无功功率计算公式如下：；

；

式中， 、 分别为 时刻处水闸 消耗的有功、无功功率； 表示水闸 开启状态的二进制变量，当 时刻打开水闸 ，有 ，而当 时刻关闭水闸 ，有； 表示水闸 单次启停的有功功率； 为水闸 的功率因数； 为水闸集合；

当水闸关闭时，管渠的过流量为零，当水闸开启时，管渠的过流量不超过水闸的最大过水流量：；

式中， 为管渠运行状态的0‑1变量，其中0则表示关闭状态，1表示管渠 处于连通状态； 为水闸 的最大过水流量； 为表示 时刻管渠流向状态的0‑1变量，其中表示水流从 流向节点 ，若不是，则 ；

此外，频繁改变水闸开闭状态会导致管渠水动力特性不稳定，需保证调度周期内水闸允许的开闭时间间隔和开闭次数在合理的范围内，如下所示：；

；

；

；

式中， 表示水闸 关闭状态的二进制变量，当 时刻打开水闸 ，有 ，而当 时刻关闭水闸 ，有 ； 、 分别为电动水闸的最小开启时间、最小关闭时间； 表示调度周期内水闸允许的最大开闭次数； 表示调度时域长度， 为所有水闸开启时间间隔集合； 为所有水闸关闭时间间隔集合； 表示 和集合中的时刻元素； 为正整数集合；

当城市排水网管渠出现了堵塞故障时，故障管渠两端将出现雨水溢流，此时管渠的首末两端节点应被视为故障节点：；

；

；

；

同时，考虑到暴雨天气下地下排水网管渠故障维修难度大，在此不考虑管渠故障修复，所以管渠故障发生后该故障在调度周期内将一直存在：；

；

式中， 表示 时刻管渠节点 故障状态的0‑1变量， 表示 时刻管渠节点 故障状态的0‑1变量，0表示该节点为非故障节点，1表示该节点为故障节点； 表示 时刻管渠 故障状态的0‑1变量，0表示管渠处于非故障状态，1表示管渠处于故障状态；

若处于连通状态的管渠发生故障时，其所在位置的水闸将关闭来隔离故障：；

；

位于故障管渠上的水闸不能用于排水网流向拓扑重构：；

排水网管渠连通状态受水闸闸门启闭状态影响：；

；

；

为避免排水不畅和防止水流对异径管渠壁面冲击，排水网流向拓扑重构还应保证单一管渠出口处连接管渠的总横截面积不小于管渠入口处连接管渠的总横截面积：；

；

式中， 为表示 时刻管渠流向状态的0‑1变量，其中 表示水流从 流向节点，若不是，则 ； 为以 节点为出口节点的管渠 横截面面积； 为以 节点为入口节点的管渠 横截面面积； 表示出口与 节点相连的管渠集合； 为入口与 节点相连的管渠集合。

2.根据权利要求1所述的一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：对步骤S1中的无压非恒定流排水模型进行线性近似预处理，得到：；

；

；

式中， 表示单位横截面上水流速度，有 ，为复频域变量； 和 分别表示矩阵 的特征值， 表示 时刻管渠 流量的变化量、 表示 时刻管渠 水深的变化量；为管渠宽度； 为矩阵的行列式，为便于公式表达，取矩阵 为中间变量，无具体含义； 、 分别为 时刻排水网管渠 水深、流量的变化量， 、 、为过程变量；

建立暴雨天气下管渠出口节点水深与进水口、出水口流量变化关系方程如下：；

；

式中， 表示 时刻管渠 出口节点的水深变化量； 表示 时刻管渠 入口节点的流量变化量，其中 表示管渠 水流延时系数， 表示对 向下取整； 表示时刻管渠 出口节点的流量变化量； 表示 时刻管渠 出口节点的水深变化量；

表示管渠 的管渠长度,  表示时间变化量。

3.根据权利要求1所述的一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：为描述节点电压幅值和水深随净功率注入量和净雨水注入量的变化而变化，建立电力‑排水网络的安全区域：；

；

式中， 为水深上限与 时水深的差值； 为电压幅值上限与 时刻电压幅值之差； 表示与排水网和配电网控制变量相关的向量； 表示元件常数； 表示当前排水网拓扑结构的恒定系数矩阵， 表示当前配电网拓扑结构的恒定系数矩阵；

表示管渠入口处在 时刻的流量变化量； 、 表示雨水调蓄池在 时刻的储蓄水量、排放流量变化量； 表示 时刻出口处水流量变化量； 表示排水泵站在时刻的排水量变化量； 、 表示配电网有功功率、无功功率变化量； 是转置；

如果排水网节点 的水深 或节点 的节点电压幅值 达到上限时，相应的或 等于零；

当配电网的某个节点电压幅值或排水网某个节点的水位达到上限时，控制变量就会达到临界工作点：；

式中，物理量上标“ ”表示临近值，因此含“ ”的公式变量分别对应配电网和排水网的临界工作点， 、 、 、 、 、 、 分别对应于管渠入口流量、雨水调蓄池储蓄水量、雨水调蓄池排放流量、出口处水流量、排水泵站排水量、配电网有功功率的上限、配电网无功功率的上限；

将上式等价归一化为以下超平面方程：；

；

；

式中， 是元件参数矩阵，其中 、 、 、 、 表示修改后排水网拓扑结构的恒定系数矩阵， 、 、 表示修改后配电网拓扑结构的恒定系数矩阵，矩阵系数值越大，表明雨水的变化对水深的影响越大，或电力注入的变化对电压大小的影响越大； 和表示单位矢量；

推导水深和电压幅值的下限，最终得到电力‑排水网络的复合安全区域 ，如下式所示，其中 和 表示常系数矩阵，与临界工作点相关，对应水深和电压幅值的下限：。

4.根据权利要求2所述的一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括构建目标函数和建立配电系统应急排涝与保供电运行约束；其中，调度目标函数为：当前时刻 电网电力负荷削减量、道路路面积水深度、下一个时刻 到调度结束时刻电力负荷削减量与路面积水深度之和最小：；

式中， 为权重因子； 为表示配电网节点 上负荷优先级的权重系数， 表示暴雨场景 发生的概率，且 ； 表示场景总数； 调度结束时刻， 表示 时刻道路 路面的积水深度， 为 时刻电网节点 处有功负荷削减量。

5.根据权利要求4所述的一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，所述配电系统应急排涝与保供电运行约束包括：排水网有压/无压非恒定流水动力约束、排水网流向拓扑重构约束、排水网节点流量平衡约束、排水网节点水位平衡约束、移动应急车调度运行约束以及 运行约束；其中：排水网节点流量平衡约束为：

；

排水网节点水位平衡约束为：

；

移动应急车调度运行约束为：

；

；

；

；

运行约束为：

；

；

式中， 表示 时刻管渠 出口流量； 表示管渠 入口流量； 表示水流流入节点 的管渠集合； 表示水流流出节点 的管渠集合； 表示 时刻排水车 排入节点 的流量； 和 分别表示雨水调蓄池 在 时刻的储蓄水量和排放流量； 为节点 处排水泵站 在 时刻的排水量； 为 时刻管渠 出口处水位； 为 时刻管渠 入口处水位； 表示 时刻排水网节点 的水位； 表示未受淹道路上的车辆行驶时间；

表示车辆在 时刻道路 上行驶时间； 表示道路 的长度； 为道路 路面无积水时的车辆行驶的设计速度； 和 分别为道路 中断时路面积水深度阈值的中值和弹性衰减系数； 表示移动应急车辆 从停泊车库 到达节点 的行车时间； 为表示道路 是否属于路径k的0‑1变量， 表示道路 属于路径 ； 表示移动应急车辆 在停泊车库 处部署情况的0‑1变量， 表示部署到该节点； 为0‑1变量， 表示移动应急车辆 在 时刻从停泊车库 经过路径 到达节点 ； 和 分别表示道路集合和受涝道路集合； 表示从停泊车库 到达节点 的路径集合；表示停泊车库集合； 表示应急电源车可连接的配电网节点集合； 表示应急排水车可接入的节点集合； 和 分别表示应急排水车和应急电源车集合； 和 分别表示 输出功率最大值和最小值；

和 分别为 向下和向上爬坡功率约束；表示 集合。

6.根据权利要求1所述的一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，还包括：步骤S5、对S1得到的模型中的非线性公式提出等效线性方法，以提高求解速度，最终实现配电网与排水网拓扑协同重构的应急联动运行。

7.根据权利要求6所述的一种应对暴雨内涝灾害的配电网与排水网拓扑协同重构方法，其特征在于，所述步骤S5中的等效线性具体是指步骤S1中的得到对雨水收集井的雨水入流量和溢流量函数转化为线性约束：；

；

；

；

式中， 和 分别为连续变量； 为0‑1变量， 表示雨水收集井 在 时刻的水深， 表示第 段雨水收集井的深度。