基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評價指標(biāo)體系研究

王榮根，謝旗輝

(1. 國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；2. 上海合澤電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，上海 200433)

基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評價指標(biāo)體系研究

王榮根1，謝旗輝2

(1. 國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；2. 上海合澤電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，上海 200433)

在明確電網(wǎng)重要基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性定義和內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，通過分析電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性的構(gòu)成、作用機(jī)理和影響因素，構(gòu)建了基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評價指標(biāo)體系。選取上海泗涇500 kV變電站輸電線路，利用建立的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估指標(biāo)體系進(jìn)行了實(shí)例評估。

電網(wǎng)建設(shè)；PSR模型；指數(shù)評價

當(dāng)今，電力系統(tǒng)已經(jīng)成為關(guān)系到社會發(fā)展、國家建設(shè)、人民生活的重要設(shè)施。電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電和用電設(shè)施、設(shè)備的重要中間環(huán)節(jié)。其規(guī)模的不斷擴(kuò)大化及系統(tǒng)元件復(fù)雜化是當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的主要特點(diǎn)。電網(wǎng)大規(guī)?；ミB實(shí)現(xiàn)了更大范圍內(nèi)資源的優(yōu)化配置，但同時也降低了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定程度[1-3]。本文通過分析電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性的構(gòu)成、作用機(jī)理和影響因素，構(gòu)建了基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評價指標(biāo)體系。

1 指標(biāo)體系建立方法

指標(biāo)體系的構(gòu)建過程是一個根據(jù)研究的目的，選擇若干個相互聯(lián)系的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，以組成一個統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系的過程[4]。原則上說，選取統(tǒng)計(jì)指標(biāo)應(yīng)堅(jiān)持幾個基本原則：

(1)全面性與代表性相結(jié)合

影響電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性的因素錯綜復(fù)雜，這就要求在篩選指標(biāo)，建立指標(biāo)體系時，必須全面考慮系統(tǒng)各方面的脆弱性因素，將其按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行綜合，堅(jiān)持全局意識、整體觀念，指標(biāo)體系要綜合地反映電網(wǎng)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、各要素相互作用的方式、強(qiáng)度和方向等各方面的內(nèi)容，把電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性作為一個系統(tǒng)問題，綜合考慮多因素，多災(zāi)種來進(jìn)行綜合評估[5]。

另外，在眾多的脆弱性指標(biāo)中，某些指標(biāo)的意義相似，具有一定的重復(fù)性，要對其進(jìn)行相關(guān)性分析，選出一個包含其它指標(biāo)信息的、具有代表性的指標(biāo)來代替。

(2)層次性與系統(tǒng)性相結(jié)合

電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性是多層次、多因素綜合影響和作用的結(jié)果，評估體系也應(yīng)具有層次性，能從不同方面、不同層次反映電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性的實(shí)際情況。一是指標(biāo)體系應(yīng)選擇一些指標(biāo)從整體層次上把握評估目標(biāo)的協(xié)調(diào)程序，以保證評估的全面性和可信度。二是在指標(biāo)設(shè)置上按照指標(biāo)間的層次遞進(jìn)關(guān)系，盡可能體現(xiàn)層次分明，通過一定的梯度，能準(zhǔn)確反映指標(biāo)間的支配關(guān)系，充分落實(shí)分層次評估原則，這樣既能消除指標(biāo)間的相容性又能保證指標(biāo)體系的全面性、科學(xué)性。

(3)定性分析與定量分析結(jié)合，以定量為主

定量的分析能夠更準(zhǔn)確反映電網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性特征，如果能夠進(jìn)行定量化的分析，我們應(yīng)采取定量的方法來篩選指標(biāo)體系。但有時某些指標(biāo)的原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以獲取，使得其定量化變得困難，這時我們可以通過對相關(guān)資料的分析、實(shí)地考察以及專家咨詢的方法，憑借經(jīng)驗(yàn)對指標(biāo)的篩選過程進(jìn)行定性的描述。

(4)科學(xué)性與可操作性相結(jié)合

所謂科學(xué)性就是指電網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性指標(biāo)的篩選和建立應(yīng)該能客觀的反映出系統(tǒng)的脆弱性特征；而可操作性則是指在科學(xué)性的前提下，對指標(biāo)的篩選要從實(shí)際出發(fā)，判斷其數(shù)據(jù)是否易獲取、獲取的數(shù)據(jù)是否可靠。

2 基于PSR模型的指標(biāo)體系建立方法

對電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性指標(biāo)進(jìn)行篩選時，必須考慮各指標(biāo)之間存在一定的邏輯聯(lián)系。因此，作為城市生命線之一的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性，結(jié)合事故發(fā)生過程前后與人為/環(huán)境因素之間的聯(lián)系，符合PSR模型的思路。從這個角度上說，PSR模型是可以適用于本項(xiàng)目所研究的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估上的。所以，在這里本項(xiàng)目以PSR模型為基礎(chǔ)，對電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性指標(biāo)體系進(jìn)行建模。

五、“器物”的提出可能是雕塑本體研究的中國方案。在這之前，關(guān)于雕塑的本體“物”的屬性在我們雕塑界的提出，本來就是一次學(xué)術(shù)研究的機(jī)會，跟隨著我們又提出了“器”理念。可以說中國雕塑家，終于開始試圖剝?nèi)ス诘袼芡鈱拥乃^文學(xué)性和敘事性內(nèi)容，剝?nèi)ノ覀兯?xí)慣的所謂藝術(shù)風(fēng)格，在思考雕塑最為本體的命題了，這是中國雕塑本體研究的進(jìn)步。該板塊在“不同”展上，將“器”與“物”合流的同時，還強(qiáng)調(diào)了中國風(fēng)格，算是該版塊試圖包含的內(nèi)容復(fù)雜之處，所以觀眾會發(fā)現(xiàn)這里面啥都有。

與傳統(tǒng)的指標(biāo)選取體系相比，PSR框架模型有系統(tǒng)性、可操作性、易獲取性的優(yōu)點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)性。由于PSR模型的構(gòu)造思路是考慮“人”與“環(huán)境”之間的相互作用和相互影響，因此，由PSR模型建立的評估指標(biāo)體系，更能反映被評估對象在影響脆弱性因素的系統(tǒng)性。

(2)可操作性。PSR模型是按照被評估對象從“人為因素對脆弱性的影響”到“因脆弱性導(dǎo)致的風(fēng)險發(fā)生后的反饋”這一過程中表現(xiàn)出的“行為”來組建評估指標(biāo)體系，這一構(gòu)建思路和人們分析問題、解決問題的思路是一致的，因此可操作性非常強(qiáng)。

(3)易獲取性。目前國內(nèi)外還沒有關(guān)于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性的綜合評估指標(biāo)體系研究，因此，對于PSR模型來說，只要按照構(gòu)建思路對辨識到的影響因素進(jìn)行分類即可，各項(xiàng)指標(biāo)要素的數(shù)據(jù)來源都可以通過其他方法獲得，因此利用PSR模型來構(gòu)建評估指標(biāo)體系是非常容易的。

這里需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是：PSR模型只是確定了評估指標(biāo)體系的第一層，即準(zhǔn)則層。對于要素層、指標(biāo)因子的確定還需要結(jié)合傳統(tǒng)指標(biāo)體系建立方法如目標(biāo)分解法、德爾菲法等方法來進(jìn)行。

3 基于PSR模型建立電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估基本思路

3.1 評估目的

電力基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估研究主要滿足以下評估目的：

(1)針對某一特定的事故災(zāi)害，評估不同基礎(chǔ)設(shè)施(樞紐變電站、換流站和特高壓輸電線路)的脆弱性;

(2)評估某一特定基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對各種事故災(zāi)害過程中表現(xiàn)出的綜合脆弱性;

(3)在同一基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部，還可能需要比較不同設(shè)備的脆弱性。

3.2 評估單元與對象

基于評估目的，脆弱性評估應(yīng)以電網(wǎng)重要基礎(chǔ)設(shè)施樞紐變電站、換流站和高壓輸電線路(含桿塔)為評估單元。在同一單元內(nèi)，電力基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性表現(xiàn)為各具體設(shè)備的脆弱性，因此，以設(shè)備為基本評估對象。

3.3 評估要素

要確定電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估要素，首先要對其脆弱性的定義、構(gòu)成及相互作用機(jī)理進(jìn)行分析。結(jié)合PSR模型，確定評估要素如下：

(1)壓力——災(zāi)害體。PSR模型中的壓力，也就是電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施所承受的來自外界的壓力，可以對應(yīng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性定義中的“災(zāi)害體”，用自然災(zāi)害和人為因素來具體表征；

(2)狀態(tài)——承災(zāi)體。PSR模型中的狀態(tài)，也就是電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施自身所處的運(yùn)行狀態(tài)，可以對應(yīng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性定義中的“承災(zāi)體”，用表征電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施本體特征的一些因素來反映，這里我們用設(shè)施的基本物理屬性、技術(shù)狀態(tài)、運(yùn)行缺陷以及故障跳閘率等參數(shù)來表征；

(3)響應(yīng)——承災(zāi)體與災(zāi)害體之間的關(guān)系PSR模型中的響應(yīng)，即針對設(shè)施運(yùn)行所出現(xiàn)的一些問題(設(shè)施故障、失效等)所采取的一些補(bǔ)救措施。可以對應(yīng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性定義中的“承災(zāi)體和災(zāi)害體之間的關(guān)系”，用電力系統(tǒng)二次設(shè)備(繼電保護(hù)及安全自動裝置、直流系統(tǒng)單元、防誤閉鎖裝置、綜合自動化系統(tǒng)和RTU 單元)的自我保護(hù)功能來反映。

基于PSR模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估基本思路如圖1所示。

圖1 基于PSR模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估基本思路

從大量事故分析報告的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，導(dǎo)致電網(wǎng)突發(fā)事件的主要原因包括： 自然災(zāi)害、人為破壞、系統(tǒng)元器件損壞或故障、保護(hù)和控制系統(tǒng)損壞或故障、信息和通信系統(tǒng)損壞或故障等。上述評估要素或指標(biāo)基本囊括了這些因素。

4 基于PSR模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估指標(biāo)要素

應(yīng)用PSR模型構(gòu)建評估指標(biāo)體系的關(guān)鍵之處是要按照“壓力”、“狀態(tài)”和“響應(yīng)”這三個方面來選擇指標(biāo)要素。這三個層面從正反兩個方面去表征電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性，具體來講，壓力指標(biāo)與脆弱性是呈正相關(guān)的，即電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施所處周圍環(huán)境給其施加的壓力越大，其自身脆弱性越高；狀態(tài)指標(biāo)與脆弱性呈負(fù)相關(guān)的，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施自身的狀態(tài)越好，它的各種運(yùn)行參數(shù)都處于正常的范圍，那么它抵抗外界干擾的能力越強(qiáng)，也即脆弱性越低；響應(yīng)指標(biāo)也與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性呈負(fù)相關(guān)的，即人們對為保證電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施正常運(yùn)行所采取的一些措施越及時、越有效，那么電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性就越低。他們之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 PSR模型框架圖

5 實(shí)例研究

根據(jù)上海市電力公司泗涇500 kV變電站的部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和我國電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施歷史事故資料，并結(jié)合專家咨詢的方法，按照本項(xiàng)目構(gòu)建的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估指標(biāo)體系對該變電站進(jìn)行分析。

利用收集到的泗涇變電站的地理位置、相關(guān)地質(zhì)參數(shù)和氣象數(shù)據(jù)，利用上述基于PSR的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估指標(biāo)體系以及評估標(biāo)準(zhǔn)，對該變電站進(jìn)行脆弱性評估，得到其壓力指數(shù)評估結(jié)果，見表1。

根據(jù)表1可知，該變電站脆弱性壓力指數(shù)為84，壓力等級為中等。

6 結(jié)語

本文明確了電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性的定義和內(nèi)涵，基于電網(wǎng)重要基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估目的，構(gòu)建了基于PSR模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估基本思路，明確以電網(wǎng)重要基礎(chǔ)設(shè)施樞紐變電站、換流站和高壓輸電線路(含桿塔)為評估單元，以設(shè)備為基本評估對象，以壓力、狀態(tài)和響應(yīng)為基本評估要素，構(gòu)建了基于PSR模型的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估指標(biāo)體系。選取上海泗涇500kV變電站為例，對建立的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施脆弱性評估指標(biāo)體系進(jìn)行分析。

表1 泗涇500 kV變電站脆弱性壓力指數(shù)取值表

[1] 王雪冬.基于EEAC方法的電網(wǎng)脆弱性評價研究：[D]．北京：華北電力大學(xué)，2004．

[2]黃鴻志. 惡意攻擊威脅下電力系統(tǒng)脆弱性分析模型與方法[D]. 北京：華北電力大學(xué), 2012.

[3]楊 悅. 電網(wǎng)應(yīng)急管理體系及應(yīng)急能力評價[D]. 北京：華北電力大學(xué), 2011.

[4]張良棟,石 輝,張勇軍.電網(wǎng)事故原因分類淺析及其預(yù)防策略.[J]電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010, 38(4):130-133.

ZHANG Liang-dong, SHI Hui, ZHANG Yong-jun. Analysis of causes and prevention methods for power network accidents[J].Power System Protection and Control,2010,38(4):130-133.

[5]王雪冬.基于EEAC方法的電網(wǎng)脆弱性評價研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué),2004.

(本文編輯：趙艷粉)

Evaluation Index System Research for Grid Infrastructure Vulnerability Based on PSR Model

WANG Rong-gen1，XIE Qi-hui2

(1.State Grid Lishui Power Supply Co. Lishui 323000,China; 2.Shanghai Heze Power Engineering Design & Consulting Co., Ltd.，Shanghai 200433，China)

On the basis of defining the important infrastructure vulnerability of the grid, through the analysis of the composition, mechanism and influencing factors of the grid Infrastructure vulnerability, this paper constructs the evaluation index system based on PSR model. The established grid infrastructure vulnerability assessment index system has been practised in the case of transmission line of SIJING 500 kV substation in Shanghai.

grid construction; PSR model; index evaluation

10.11973/dlyny201606014

王榮根(1972)，男，高級工程師，從事電力營銷工作。

TM76

A

2095-1256(2016)06-0731-04

2016-09-15