1、专业硕士学位论文基于社会公共安全模型的大停电社会损失评估The Evaluation of Great Blackout Social Loss Based on Social Public Security Model华北电力大学硕士学位论文I摘 要电力产业是关系到社会民生的一个基础能源产业，人民的生产生活对电力有高度的依赖性。大停电事故将会引起道路瘫痪、旅客滞留以及通信中断等情况，很容易在居民中产生大规模恐慌情绪，进而导致社会秩序陷入混乱，将给社会带来不可估量的损失。随着社会经济的不断发展和人民生活需求的不断提高，电网规模也随之不断扩大，近几年国外的大停电事故的频繁发生，直接影响了国民经济
2、发展，不仅威胁着人民生命财产安全，同时对整个社会的安全稳定带来了巨大的隐患。本文首先对课题的研究背景和意义进行了阐述，论证了可靠的电力供应对社会公共安全的重要性，电网安全关系到社会安全，维系着社会稳定，是社会公共安全的基础。然后结合我国电网发展的实际情况，分析社会公共安全模型，并在此模型的基础上提出大停电社会损失评价指标，研究适合各个评价指标的具体评估方法，从而得到评估模型。对权威机构统计的社会公共安全相关计算参数进行整理，对实际计算所需要的参数进行理论分析和取值优化，得到更符合实际情况的计算参数。最后结合我国典型电网的运行参数和社会公共安全情况，将本文提出的理论应用到实际电网中，进行大停电社
3、会损失评估，与国外的大停电损失统计结果相对比，验证了评估模型的科学性、有效性。关键词：社会公共安全；大停电事故；社会损失；参数选取华北电力大学硕士学位论文IIAbstractElectric power industry is a basical energy industry which is related to a country economy, the production and life of people has a high degree of dependence electric power. It will cause traffic jams, passengers
4、retention and communication interrupt after black out, it is easy to produce mass panic in the residents, leading to social order into confusion, will bring immeasurable loss to society. With the development of social economy and the unceasing enhancement of peoples demand, the grid scale expands co
5、ntinuously, as the foreign blackout accidents occur frequently in recent years, impacted the national economic development directly, not only threatens peoples life and property security, but bringed the huge hidden trouble to the security of the whole society stability.This paper expounds the resea
6、rch background and significance firstly, demonstrates the reliable power supply for the importance of social public security, the grid security is related to social security, maintains social stability, is the foundation of social public security. And combining with the actual situation of power gri
7、d development in our country, analyzes the model of social public security, and on the basis of this model the evaluation index of blackout social loss is put forward, studies specific measurement method of each evaluation index and measurement model is obtained. Integrates the social public securit
8、y relevant calculation parameters which comes from authority organization statistical data, analyszes and optimizes the parameters under the situation of actual calculation so that we can get more in line with the actual situation of calculation parameters. At last, combining with operation paramete
9、rs of typical power grid in our country and the social public security situation, brings the theory which this paper puts forward to the actual power grid, assesses blackout social loss assessment, contrasts the results of forgein blackout loss, verify the scientific nature and the effectiveness of
10、measurement model.Keywords: social public security，blackout accident，social loss，parameter selection华北电力大学硕士学位论文III目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第 1 章 绪论 .11.1 课题研究背景及意义 .11.2 社会公共安全国内外研究现状 .21.3 大停电损失国内外研究现状 .41.4 本论文的主要工作 .5第 2 章 基于社会公共安全模型的大停电社会损失评估指标体系 .62.1 社会公共安全模型介绍 .62.1.1 社会公共安全概念综述 .62.1.2
11、社会公共安全结构分析 .72.2 大停电社会损失介绍 .82.3 大停电社会损失评价指标体系 .92.4 大停电社会损失计算流程 .112.5 本章小结 .12第 3 章 基于社会公共安全模型的大停电社会损失评估模型 .133.1 大停电社会损失总体评估模型 .133.2 大停电社会损失评价指标计算方法 .133.2.1 死亡人员社会损失 .133.2.2 受伤人员社会损失 .183.2.3 直接财产损失 .203.2.4 社会延误损失 .213.3 本章小结 .21第 4 章 大停电社会损失评估模型参数选取 .224.1 计算参数选取原则 .224.2 计算参数选取 .224.2.1 大停电
12、概率仿真参数 .224.2.2 停电损失负荷与停电时间转换系数 .244.2.3 社会经济损失计算参数 .284.3 本章小结 .32华北电力大学硕士学位论文IV第 5 章 大停电社会损失评估模型算例分析 .335.1 计算基本原则 .335.2 计算边界条件 .335.3 实例计算 .335.3.1 方案基础数据介绍 .335.3.2 大停电概率仿真计算 .395.3.3 大停电社会经济损失计算 .425.3.4 计算结果及分析 .445.4 本章小结 .47第 6 章 结论与展望 .486.1 结 论 .486.2 展 望 .48参考文献 .50攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作
13、.54致 谢 .55华北电力大学硕士学位论文1第 1 章 绪论1.1 课题研究背景及意义电力行业是国民经济的支柱产业之一，在整个国民经济的发展进程中，电力系统起着非常重要的作用。随着科技社会的不断进步，对电力的需求也迅速增长，电力的应用逐渐进入社会生活的各个方面。国家电网公司已实现了电网跨越式发展，特高压交流试验示范工程和直流示范工程相继投运，电网规模基本翻番，以保证社会正常发展、人民生活水平不断提高。国家能源局发布的数据显示，2013年全社会用电量 49591 亿千瓦时，同比增长 5.5%。第一产业 1013 亿千瓦时，第二产业 36669 亿千瓦时，第三产业 5690 亿千瓦时，城乡居民生
14、活用电高达 6219 亿千瓦时，现代社会对电力行业的需求和依赖度持续增加。然而长期以来，我国的电网建设落后于电源建设，而负荷增长速度又超过电源建设的速度，而且我国火电基地集中在北部，水电资源集在中西部，负荷中心都在东部和南部，为了保证电力平衡，必须进行大容量远距离输电，这就决定了我国电网联系不紧密，结构薄弱但供电范围却极广，研究证明，电力系统发生大面积停电事故是不可避免的1。更为严重的是，随着具有大容量、大机组、长距离、超高压等特点的输电网互联的出现，任何事故隐患都可能影响电网的正常运行，这就使得电网发生连锁故障而造成大面积停电事故的概率大幅度增加，一旦发生就会造成极大的危害，给社会带来灾难性
15、的影响。电网一旦发生大范围停电事故，将会对社会安全及人们生活造成巨大影响和损失。近年来，世界各地发生了一系列震惊世界的大停电事故23：2003 年“8.14 美加大停电 ”，直接导致加拿大南部安大略省的大部分地区一切似乎都陷入停滞之中，1000 万人无电可用。地铁运输全部停顿，绝大部分商店都关门停业。多市地铁全部瘫痪，全市的地面交通也全面停止。损失高达 300 亿美元，影响了 5000 万人的正常生活。2009 年 11 月 10 日， “巴西大停电 ”导致最大的两个城市里约热内卢和圣保罗以及周边地区全部断电，停电范围约占巴西国土面积的一半，波及到全国 18 个州，电力供应几乎完全中断，导致
16、50000 万居民受到影响。两大城市的交通一度严重瘫痪，经济损失惨重。2012 年 7 月 30 日， “印度大停电 ”致使逾 3.7 亿人受到影响。印该国东部和北区 13 个邦又陷入电力瘫痪状态，全国近一半地区的供电出现中断，影响约 6 亿人口用户。由此可见，电网一旦发生大范围停电事故，将会对社会安全及人们生活造成巨大影响和损失。大停电后引起的市政交通瘫痪、通信中断以及市政医疗部门无法正常运转等，很容易在居民中产生大规模恐慌情绪，进而导致社会秩序陷入混乱，这些将会对社会安全带来重大影响和冲击。其次，电力中断会给经济社会带来巨大损失，将造成人身事故、工厂产品大量报废、生产设备损害以及生产停顿产
17、量减少、金融动荡等，突发的的大停电事故将会对国民经济可持续发展带来重大影响，其对整个社会造成的损失远大于电力系统自身的损失其严重后果将产生华北电力大学硕士学位论文2不可估量的损失。由近年来世界范围内大停电事件可以看出，大停电事故对于整个社会安全造成巨大隐患，影响社会稳定，与此同时造成的经济损失对现代社会高速发展具有极大的冲击和影响。对于对电力有高依赖性的高速发展的我国，如何在考虑我国不同地区发展水平、人口分布、发达程度及民众对大停电容忍度的基础上，客观全面科学地给出评估大停电覆盖区域社会安全水平的指标体系，并相继给出可以量化评估社会安全水平的评估模型以实现大停电后社会安全评估就显得格外重要。实
18、现大停电社会安全评估和社会综合损失评估可作为为电网规划和电网运行的技术支撑。(1)在电网规划阶段，利用综合评估方法计算各个规划区域大停电社会安全水平，在考虑我国不同地区发展水平、人口分布、发达程度及民众对大停电容忍度的基础上，明确各个地区发生大停电后的影响程度和对社会安全稳定的冲击度，协调各规划方案的可靠性和经济性，以作为规划方案比选的重要依据。(2)在电网运行阶段，国家发展部门根据各地区大停电社会安全水平，对电网运行方式和建设工程可靠性提出要求。1.2 大停电社会安全国内外研究现状1.2.1 大停电社会安全评估指标体系研究现状社会安全是一个较为复杂的概念。由于其内容的广泛性，因此产生了广义和
19、狭义之分。广义的社会安全是指整个社会系统能够保持良性运行和协调发展、最小化不安全因素和其影响度的社会运动状态。狭义的社会安全是指除经济和政治系统以外的其他领域的安全。基于上述两个方面的分析，社会安全就是指人群公共生活空间状态的安全，它包括公民生命财产、社会生活秩序和生态环境的安全，直接体现了与公民密切相关的公共安全利益的需要。近几年来，危及社会安全的事件不断发生，社会安全越来越引起人们的重视，并发展成为一门新兴学科，国内外学者对社会安全评估指标体系的研究具有了一定的研究成果。文献4和文献 5在使用 CRED 的 EM- DAT 数据库基础上，抽取最具破坏性的 4 种主要灾害水灾、台风、地震和旱
20、灾的数据进行统计。从而建立 4 个指标（年均灾害次数、年均灾害绝对死亡人数、年均暴露于选定灾害人口数、年均每 100 万人死亡人数）对社会安全进行评估。文献6 从灾难赤字指标( the Disaster Index, DDI)、地方灾难指标( the Local Disaster Index, LDI)、脆弱流行指标( the Prevalent Vulnerability Index, PVI) 、风险管理指标( the Risk Management,RMI)四个方面对社会能力和脆弱性能力。文献7从对社会公共安全的各个方面的影响因素来进行归纳，然后建立与之相关的影响因子关系，从而提出社会公
21、共安全突发事件评价方法评价，以反映社会安全程度。文献8中坎迪达 马奇提出，公共安全的能力与脆弱性分析旨在帮助外部机构规划紧急援助，所采取的方式除了令外部干预能满足有关社群目前的需要外，又鼓励依靠人民的力量和努力来促进社会与经济的长期发展。华北电力大学硕士学位论文3文献9在研究安全领域具体现状的基础上，从 12 个大领域设计了城市小康社会的安全指标体系，为系统认识社会安全和定量分析社会安全水平提供给了借鉴。文献10根据大安全观和指标体系设计的原则，从生活保障体系、社会治安体系、财政收支体系等八个城市公共安全的子系统出发构建了城市安全评价指标体系基本框架。文献11在找出城市安全的关键危险因素的基础
22、上，根据城市安全各个影响因素的层次关系，建立了 9 个准则层指标和 52 个方案层单项指标；在 AHP 层次分析法基础上建立城市安全评价模型，以得到城市安全系数这一目标层指标。文献12从城市安全涉及的食品、环境、生产、社会、经济五个方面构建城市安全的评价体系，并在基于模糊层次分析法的基础上构建社会安全评价模型。文献13从影响社会安全与稳定的可量化的社会现象为基础，利用演绎推理和经验分析方式，从社会治安、社会经济、自然灾害、公共卫生、重大事故、重大活动和周边环境七个方面建立评估社会安全与稳定的指标体系。文献14从社会治安秩序的视角，以设计社会安全主客观两个方面共 16 个指标，评估社会安全公众感
23、水平。文献15基于鱼骨图分析法，从能力（社会经济能力、社会保障能力、应急储备能力）和脆弱性（事故安全指数、生态环境安全指数事故统计指数）六个层面建立社会安全评估指标体系，为科学测量各地区公共安全风险，改善公共安全状况提供借鉴。文献16在研究城市公共安全范围的基础上，提出了城市公共安全系统，即公共危险源，公共基础设备，道路交通、突发公共卫生事件、自然灾害、恐怖袭击和公共场所七个方面，从而对城市公共安全进行风险评估。文献17基于突变理论，从社会安全、生产安全、公共卫生安全和生态环境安全 4 层 4 维构建评估指标体系，给出城市安全状况的逻辑框架,从而对城市安全度进行评估。虽然有很多专家和学者在社会
24、安全评估指标上进行了研究与分析，但是从国内外学者的研究可以看出，尽管对社会安全指标体系已经形成了某些共识，但是由于相关研究人员考虑问题的出发点和考虑的深度和广度的不同，在指标的选取和测量方法上也存在迥异，以至于尚未形成系统化、科学化的指标体系。更为重要的是绝大多数学者给出的都是正常状态下评估社会安全的指标体系，这些指标都是在“稳态 ”社会影响社会安全的现象基础上提出的，而在突发状态事件下，涉及到社会安全的各种因素与正常情况下相比都发生了巨大变化，针对突发事件视野下社会安全的评估指标却很少有人研究，而在大停电发生后，如何科学全面地选取评估社会安全的指标更是鲜有研究。1.2.2 大停电社会安全综合
25、评估方法研究现状国内外学者对评估方法进行了大量研究，按照评价结果的量化程度分类，一般将安全评估方法划分为两大类：定量分析法和定性分析法。针对大停电社会安全评价这类多因素多属性、既包含“质差” 又包含“量差”的综合评价问题，需要在原来评估方法上进行创新，随着人们对安全评价方法的不断研究和创新，提出了能够将定性与定量相结合的新型安全评价方法，主要包括层次分析法、模糊综合评华北电力大学硕士学位论文4价法、主成分分析法和神经网络分析法18。(1)层次分析法层次分析法是由美国运筹学家托马斯塞蒂（T.L. Saaty）在 20 世纪 70 年代中期正式提出。它是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析
26、方法。由于它在处理复杂的决策问题上的实用性和有效性，很快在世界范围得到重视，目前它的应用已遍及各个领域19。其步骤如下：明确目标，建立层次结构模型。形成判断矩阵。计算权向量并做一致性检验。 通过逐层计算得到方案层对指标层的权重。如今国内外有学者，已经将层次分析法广泛应用于各个层面的安全评估上，文献20在采用 AHP 法确定的影响城市安全测度指标权重的基础上，通过专家和调查问卷两者结合的评判方法，对安全程度进行评估。文献11根据城市安全各个影响因素的层次关系，引入 AHP 层次分析法建立城市安全评价模型，找出城市安全的关键危险因素，丰富了城市安全评价和安全评价理论。文献21总结了层次分析法、改进
27、的层次分析法、模糊层次分析法、可拓模糊层次分析法和灰色层次分析法，并将层次分析法作为一种综合性的安全评价方法应用于矿山安全、交通安全、公共安全等多个安全领域。文献22将层次分析法和 TOPSIS 法结合起来，利用层次分析法确定评价指标对总目标的权重进行排序，并以评价对象与理想解和负理想解的距离确定的相对接近度作为评价手段对各指标进行评估，从而实现对狭义城市安全水平的评价。(2)模糊综合评价模糊综合评价（Fuzzy Synthetic Evaluation,FSE）是通过构造等级模糊子集把反映被评事物的模糊指标进行量化（即确定隶属度） ，然后利用模糊变换原理对各指标综合。该方法能对多因素影响的模
28、糊事物有一个明确的认识，使综合评价中多类多层次的模糊性可科学定量化。文献23运用压力 -状态-响应（ PSR）框架模型筛选评价指标，建立 3 层 26个指标的城市生态安全评价指标体系，最终在建立通用的城市生态安全评价指标体系上选择模糊综合评价法进行定量研究。文献24从生产区域安全、人员安全、安全管理、安全事故四个方面建立了一个三层 22 个评价指标的指标体系，并选用模糊综合评价法对中小型煤矿进行综合评价，并进行实证分析。文献25构建了一套具有通用性的生态工业园区评价指标体系，在此基础上，应用 AHP-模糊综合评价法对生态工业园区进行评价。(3)主成分分析法主成分分析法（Principal Co
29、mponent Analysis，PCA）是一种通过降维来简化数据结构的方法，把多个变量（指标）化为少数几个综合变量（综合指标） ，这几个综合变量可以反映原来多个变量的大部分信息。通过消除评价指标之间的相关影响，减少指标数量，降低指标选择的工作量。主成份分析法的不足之处在于综合评价值对不同样本集合中的同一样本可能不唯一，不便于横向和纵向比较。其步骤如下：采集 p 维随机向量的 n 个样本。对正逆相关指标数据进行处理，对矩阵中元进行标准化变换。华北电力大学硕士学位论文5求样本相关系数阵及样本相关系数阵 R 的特征方程。求信息利用率，确定主成分分量个数。求主成分决策阵。选择适当的主成分价值函数模型
30、，进一步把 m 维系统降成一维系统。文献26从生产安全、消防安全、环境安全、交通安全、食品安全、社会治安、社会保障和自然灾害预防等八个方面基于现有统计指标的基础上建立城市综合安全水平评价指标体系，运用主成分分析法进行指标体系的综合评价。文献27在评估道路交通安全时，利用主成分析法进行城市道路环境和设施的预评价，采用该方法有利于预先发现较为危险的路段并及时进行整改，保证改造投入达到效益最大化。(4)人工神经网络法人工神经网络（Artificial Neural Network,ANN）是以工程技术手段，模拟人脑神经网络的结构与功能的一种技术系统，它用大量非线性并行处理器，模拟众多的人脑神经元，用
31、处理器间错综灵活的连接关系来模拟人脑神经元，可以解决许多用传统方法不能解决的问题。神经网络能够从数据样本中自动学习以前的经验，并且能够自动逼近那些最佳刻画了样本数据规律的函数2829。对于那些影响因素越复杂，非线性程度越高的情况，人工神经网络的这种优势越明显。人工神经网络评价法的缺点在于评价效果受网络学习样本集的质量影响较大30。文献31基于人工神经网络，直接从学习后的网络连接权重中提取评价指标重要度信息，再应用数理统计方法给出各评价指标权重赋权的方法，有效避免了主观性和模糊随机性的影响。文献32在建立了我国城市公共安全水平的评价指标体系的基础上，采用因子分析法对指标的相关性进行了分析，用模糊
32、神经网络对影响城市公共安全的主要指标（人为因素，设施，管理能力和自然事故）进行了分析，从而实现对安全程度的评价。除了上述新型安全评价方法，还有数据包络分析法（Data Envelopment Analysis,DEA） 、33 熵权法（Entropy Method,EM） 、34 因子分析法（Factor Analysis,FA）35粗糙集评价法（Rough Comprehensive Evaluation Method,RCEM）等36。(5)突变评价法突变理论是以拓扑学、奇点论为数学基础专门研究自然和社会活动中非连续和“质变”现象的一个新兴数学分支 ,特别适用于处理不具有连续性的内在机制。
33、突变理论评价法是由突变理论发展而来的一种综合评估方法，该方法是根据各评估指标在归一公式本身中的矛盾关系对各指标重要程度进行量化确定的，且模型简单方便，在安全评估方面应用也愈加广泛。慕庆国等通过研究认为将突变理论应用于事故预防管理中，建立事故突变理论是非常必要的37 ；施玉群等通过将突变评价法评价结果与改进层次分析法的评价结果进行比较，认为突变评价法评价结果是可靠的38；闫建等采用尖点突变模型分析失稳的过程，讨论突变理论在边坡稳定性评价中应用的合理性和可行性39；赵志峰等把突变理论运用到边坡的综合评价中，计算出边坡安全总突变级数值,实现对边坡安全的综合评判40；何金平等运用突变理论动态地对大坝安全状态进行模糊综合分析与评判41 ；于玥等应用突变理论对矿山安全管理状况进行评价42。
