城市电网应对灾害能力不足的识别方法研究

发布时间：2020-05-09 04:20

【摘要】：关键基础设施(Critical Infrastructure,CI)是支撑社会正常运行的电力、电信、交通、水供给和水处理、能源输送、金融、公共卫生与应急服务等构成的一套相互依赖的复杂网络动态系统的总称。随着城市经济的不断发展,人们越来越依赖关键基础设施提供的各项服务。电网是一类重要关键基础设施,它维系着人们正常生活以及电信、交通、供水等其它关键基础设施系统的稳定运行。级联灾害具有多因素、多主体、多阶段、多目标、复杂性、动态性、不确定性等特征,对城市电网具有极大的破坏作用;电网系统因其子系统间的功能关联性,极易发生级联失效。电网因级联灾害突发事件受损,将会给人类社会带来巨大损失。在应急准备阶段,如何评价与提高应急响应阶段的电网应对灾害能力,是应急决策者关心的重要问题。相关能力评估的研究主要关注于应急能力的整体评估,但其实施工作量较大且不易于获得有效评估结论;脆弱性研究给出了从薄弱环节审视应急系统的分析视角,但侧重于对物理缺陷的识别,而应急系统风险分析需要统筹考虑影响关键基础设施灾害应对的各个方面。以应对灾害能力为对象开展研究有利于从系统角度考虑各风险要素,直击应急系统薄弱环节,是具有较高研究价值。在应急准备规划阶段,如何识别电网应对能力不足,既是一个广为关注的实践事务,也是一个亟待解决的理论问题。本文以城市电网为研究对象,就这一科学问题开展了如下方面的研究工作。首先,分析了级联灾害对城市电网的破坏影响,归纳级联灾害风险的影响要素作用关系;以电网应对灾害能力概念与能力体系为基础,从现实应对灾害能力与目标能力的差额出发提出能力不足的概念;根据能力不足的识别逻辑,将能力不足问题的构成因素划分为目标情景,情景演化概率、能力不足识别清单、能力不足评价指标与标准四类;根据复杂系统分析的已知-想定-不明(Known-Unclear-Presumed,K-U-P)方法,认为构成因素可按照确定性程度被标注为确定、不明或想定状态,并基于问题分析阶段各构成因素所处状态,将能力不足识别问题划分为清晰型、模糊型与不确定型三类;针对构成因素的三种状态,分别提出方法论,构成电网应对能力不足的分类识别体系。其次,针对清晰型能力不足识别问题,提出基于案例借鉴的电网应对灾害能力不足识别方法。该方法基于电网系统应急任务体系,考虑了应对灾害能力不足之间的直接影响关系,有利于解决评估缺乏关联性的问题;基于案例借鉴快速有效地识别电网系统应对灾害能力不足,减少了评估的工作量,有利于解决评估缺乏针对性的问题;采用历史案例作为参考依据与评估标准,保证了评估结果的客观性,有利于解决评估缺乏预见性的问题。再次,针对模糊型能力不足识别问题,提出基于乱象图的电网应对灾害能力不足识别方法。应急乱象是社会乱象的一种,描述的是应急管理问题的复杂性与内在关联性。在能力不足分析的乱象消减原理基础上,基于乱象图从不确定性消减角度出发识别电网应急能力不足,阐述了特定级联灾害情景下能力不足分析的乱象图构建流程,其主要包括乱象图构建准备、初始化乱象图、关联问题识别、因果关系要素识别与建立乱象图等。乱象图以问题关联与因果关系识别为核心,是从已有案例与知识资源中推断新情景下的构成因素取值,有利于解决决策来源不可靠以及知识不完备等问题。然后,针对不确定型能力不足识别问题,提出基于情景想定的电网应对灾害能力不足识别方法。在情景不确定背景下,难以直接预测未来灾害的情景,造成能力不足分析的情景预设困难。能力不足识别的情景想定是指在应急准备规划阶段,创建适应现实需求的能力不足识别案例,通过设计与规划情景消减目标情景的不确定性。想定分析可划分为四个阶段,即情景嵌入、情景想定与应对方案模拟、应对效果评估与想定方案选择以及能力不足要素识别。情景想定可以结合应急管理决策者对应急效果的需求,使应急决策者能够根据现实情况修正目标情景,有利于提高能力不足识别的情景针对性。之后,提出能力不足识别的本体配置层次体系,包括本体构建、本体共享与本体匹配三个联动过程。从能力不足识别的知识需要出发,构建能力不足分析的情景本体、项目本体与评价本体,分别对应灾害情景知识、应对任务知识以及能力不足挖掘知识;基于上述本体,构建能力不足识别的知识本体共享框架;针对本体配置过程中的语义冲突问题,提出能力不足识别的本体匹配原理,以本体关联图谱作为本体匹配的可视化工具。本体配置克服传统本体配置方法中模型构建与实际操作脱节的缺陷,以本体共享为配置核心,联动本体建模与本体匹配,有助于实现知识的跨组织流动与促进决策洞见。最后,设计一个统一化的能力不足识别过程,即能力不足识别路线图。基于前述能力不足识别理论与方法提出能力不足识别路线图的基本性质与内容,设计能力不足识别的运作模式、实施步骤以及本体配置路线图,从理论分析与实际操作角度阐述了能力不足识别路线图的基本原理。最后,结合一个用例来说明能力不足识别路线图的合理性与有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：F426.61

【参考文献】