基于压力—状态—响应模型的电网基础设施脆弱性评价指标体系研究

王荣根，谢旗辉

(1. 国网浙江省电力公司丽水供电公司，浙江 丽水 323000；2. 上海合泽电力工程设计咨询有限公司，上海 200433)

基于压力—状态—响应模型的电网基础设施脆弱性评价指标体系研究

王荣根1，谢旗辉2

(1. 国网浙江省电力公司丽水供电公司，浙江 丽水 323000；2. 上海合泽电力工程设计咨询有限公司，上海 200433)

在明确电网重要基础设施脆弱性定义和内涵的基础上，通过分析电网基础设施脆弱性的构成、作用机理和影响因素，构建了基于压力—状态—响应(PSR)模型的电网基础设施脆弱性评价指标体系。选取上海泗泾500 kV变电站输电线路，利用建立的电网基础设施脆弱性评估指标体系进行了实例评估。

电网建设；PSR模型；指数评价

当今，电力系统已经成为关系到社会发展、国家建设、人民生活的重要设施。电网作为电力系统中联系发电和用电设施、设备的重要中间环节。其规模的不断扩大化及系统元件复杂化是当前电力系统发展的主要特点。电网大规模互连实现了更大范围内资源的优化配置，但同时也降低了系统的安全稳定程度[1-3]。本文通过分析电网基础设施脆弱性的构成、作用机理和影响因素，构建了基于压力—状态—响应(PSR)模型的电网基础设施脆弱性评价指标体系。

1 指标体系建立方法

指标体系的构建过程是一个根据研究的目的，选择若干个相互联系的统计指标，以组成一个统计指标体系的过程[4]。原则上说，选取统计指标应坚持几个基本原则：

(1)全面性与代表性相结合

影响电网基础设施脆弱性的因素错综复杂，这就要求在筛选指标，建立指标体系时，必须全面考虑系统各方面的脆弱性因素，将其按一定的逻辑关系进行综合，坚持全局意识、整体观念，指标体系要综合地反映电网系统中各子系统、各要素相互作用的方式、强度和方向等各方面的内容，把电网基础设施脆弱性作为一个系统问题，综合考虑多因素，多灾种来进行综合评估[5]。

另外，在众多的脆弱性指标中，某些指标的意义相似，具有一定的重复性，要对其进行相关性分析，选出一个包含其它指标信息的、具有代表性的指标来代替。

(2)层次性与系统性相结合

电网基础设施脆弱性是多层次、多因素综合影响和作用的结果，评估体系也应具有层次性，能从不同方面、不同层次反映电网基础设施脆弱性的实际情况。一是指标体系应选择一些指标从整体层次上把握评估目标的协调程序，以保证评估的全面性和可信度。二是在指标设置上按照指标间的层次递进关系，尽可能体现层次分明，通过一定的梯度，能准确反映指标间的支配关系，充分落实分层次评估原则，这样既能消除指标间的相容性又能保证指标体系的全面性、科学性。

(3)定性分析与定量分析结合，以定量为主

定量的分析能够更准确反映电网系统基础设施的脆弱性特征，如果能够进行定量化的分析，我们应采取定量的方法来筛选指标体系。但有时某些指标的原始基础数据难以获取，使得其定量化变得困难，这时我们可以通过对相关资料的分析、实地考察以及专家咨询的方法，凭借经验对指标的筛选过程进行定性的描述。

(4)科学性与可操作性相结合

所谓科学性就是指电网系统基础设施脆弱性指标的筛选和建立应该能客观的反映出系统的脆弱性特征；而可操作性则是指在科学性的前提下，对指标的筛选要从实际出发，判断其数据是否易获取、获取的数据是否可靠。

2 基于PSR模型的指标体系建立方法

对电网基础设施脆弱性指标进行筛选时，必须考虑各指标之间存在一定的逻辑联系。因此，作为城市生命线之一的电网基础设施脆弱性，结合事故发生过程前后与人为/环境因素之间的联系，符合PSR模型的思路。从这个角度上说，PSR模型是可以适用于本项目所研究的电网基础设施脆弱性评估上的。所以，在这里本项目以PSR模型为基础，对电网基础设施的脆弱性指标体系进行建模。

五、“器物”的提出可能是雕塑本体研究的中国方案。在这之前，关于雕塑的本体“物”的属性在我们雕塑界的提出，本来就是一次学术研究的机会，跟随着我们又提出了“器”理念。可以说中国雕塑家，终于开始试图剥去裹在雕塑外层的所谓文学性和叙事性内容，剥去我们所习惯的所谓艺术风格，在思考雕塑最为本体的命题了，这是中国雕塑本体研究的进步。该板块在“不同”展上，将“器”与“物”合流的同时，还强调了中国风格，算是该版块试图包含的内容复杂之处，所以观众会发现这里面啥都有。

与传统的指标选取体系相比，PSR框架模型有系统性、可操作性、易获取性的优点：

(1)系统性。由于PSR模型的构造思路是考虑“人”与“环境”之间的相互作用和相互影响，因此，由PSR模型建立的评估指标体系，更能反映被评估对象在影响脆弱性因素的系统性。

(2)可操作性。PSR模型是按照被评估对象从“人为因素对脆弱性的影响”到“因脆弱性导致的风险发生后的反馈”这一过程中表现出的“行为”来组建评估指标体系，这一构建思路和人们分析问题、解决问题的思路是一致的，因此可操作性非常强。

(3)易获取性。目前国内外还没有关于电网基础设施脆弱性的综合评估指标体系研究，因此，对于PSR模型来说，只要按照构建思路对辨识到的影响因素进行分类即可，各项指标要素的数据来源都可以通过其他方法获得，因此利用PSR模型来构建评估指标体系是非常容易的。

这里需要强调的一点是：PSR模型只是确定了评估指标体系的第一层，即准则层。对于要素层、指标因子的确定还需要结合传统指标体系建立方法如目标分解法、德尔菲法等方法来进行。

3 基于PSR模型建立电网基础设施脆弱性评估基本思路

3.1 评估目的

电力基础设施脆弱性评估研究主要满足以下评估目的：

(1)针对某一特定的事故灾害，评估不同基础设施(枢纽变电站、换流站和特高压输电线路)的脆弱性;

(2)评估某一特定基础设施应对各种事故灾害过程中表现出的综合脆弱性;

(3)在同一基础设施内部，还可能需要比较不同设备的脆弱性。

3.2 评估单元与对象

基于评估目的，脆弱性评估应以电网重要基础设施枢纽变电站、换流站和高压输电线路(含杆塔)为评估单元。在同一单元内，电力基础设施的脆弱性表现为各具体设备的脆弱性，因此，以设备为基本评估对象。

3.3 评估要素

要确定电网基础设施脆弱性评估要素，首先要对其脆弱性的定义、构成及相互作用机理进行分析。结合PSR模型，确定评估要素如下：

(1)压力——灾害体。PSR模型中的压力，也就是电网基础设施所承受的来自外界的压力，可以对应电网基础设施脆弱性定义中的“灾害体”，用自然灾害和人为因素来具体表征；

(2)状态——承灾体。PSR模型中的状态，也就是电网基础设施自身所处的运行状态，可以对应电网基础设施脆弱性定义中的“承灾体”，用表征电网基础设施本体特征的一些因素来反映，这里我们用设施的基本物理属性、技术状态、运行缺陷以及故障跳闸率等参数来表征；

(3)响应——承灾体与灾害体之间的关系PSR模型中的响应，即针对设施运行所出现的一些问题(设施故障、失效等)所采取的一些补救措施。可以对应电网基础设施脆弱性定义中的“承灾体和灾害体之间的关系”，用电力系统二次设备(继电保护及安全自动装置、直流系统单元、防误闭锁装置、综合自动化系统和RTU 单元)的自我保护功能来反映。

基于PSR模型的电网基础设施脆弱性评估基本思路如图1所示。

图1 基于PSR模型的电网基础设施脆弱性评估基本思路

从大量事故分析报告的统计结果可知，导致电网突发事件的主要原因包括： 自然灾害、人为破坏、系统元器件损坏或故障、保护和控制系统损坏或故障、信息和通信系统损坏或故障等。上述评估要素或指标基本囊括了这些因素。

4 基于PSR模型的电网基础设施脆弱性评估指标要素

应用PSR模型构建评估指标体系的关键之处是要按照“压力”、“状态”和“响应”这三个方面来选择指标要素。这三个层面从正反两个方面去表征电网基础设施的脆弱性，具体来讲，压力指标与脆弱性是呈正相关的，即电网基础设施所处周围环境给其施加的压力越大，其自身脆弱性越高；状态指标与脆弱性呈负相关的，电网基础设施自身的状态越好，它的各种运行参数都处于正常的范围，那么它抵抗外界干扰的能力越强，也即脆弱性越低；响应指标也与电网基础设施脆弱性呈负相关的，即人们对为保证电网基础设施正常运行所采取的一些措施越及时、越有效，那么电网基础设施的脆弱性就越低。他们之间的关系如图2所示。

图2 PSR模型框架图

5 实例研究

根据上海市电力公司泗泾500 kV变电站的部分基础数据和我国电网基础设施历史事故资料，并结合专家咨询的方法，按照本项目构建的电网基础设施脆弱性评估指标体系对该变电站进行分析。

利用收集到的泗泾变电站的地理位置、相关地质参数和气象数据，利用上述基于PSR的电网基础设施脆弱性评估指标体系以及评估标准，对该变电站进行脆弱性评估，得到其压力指数评估结果，见表1。

根据表1可知，该变电站脆弱性压力指数为84，压力等级为中等。

6 结语

本文明确了电网基础设施脆弱性的定义和内涵，基于电网重要基础设施脆弱性评估目的，构建了基于PSR模型的电网基础设施脆弱性评估基本思路，明确以电网重要基础设施枢纽变电站、换流站和高压输电线路(含杆塔)为评估单元，以设备为基本评估对象，以压力、状态和响应为基本评估要素，构建了基于PSR模型的电网基础设施脆弱性评估指标体系。选取上海泗泾500kV变电站为例，对建立的电网基础设施脆弱性评估指标体系进行分析。

表1 泗泾500 kV变电站脆弱性压力指数取值表

[1] 王雪冬.基于EEAC方法的电网脆弱性评价研究：[D]．北京：华北电力大学，2004．

[2]黄鸿志. 恶意攻击威胁下电力系统脆弱性分析模型与方法[D]. 北京：华北电力大学, 2012.

[3]杨 悦. 电网应急管理体系及应急能力评价[D]. 北京：华北电力大学, 2011.

[4]张良栋,石 辉,张勇军.电网事故原因分类浅析及其预防策略.[J]电力系统保护与控制,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方法的电网脆弱性评价研究[D]. 北京: 华北电力大学,2004.

(本文编辑：赵艳粉)

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

王荣根(1972)，男，高级工程师，从事电力营销工作。

TM76

A

2095-1256(2016)06-0731-04

2016-09-15