最后一英里的弹性：配电系统的弹性标准和指标

最后一公里韧性：配电系统韧性标准与指标 随着许多发展中国家追求普适电气化，特别是在“底线任务300”计划下，理解韧性必须越来越多地通过系统向终端用户交付关键功能的能力这一视角来进行（世界银行，2020年）。这要求人们超越资产绩效的总体指标，转而去检查最后一公里连接性以及配电网为社区持续和恢复电力服务的能力。 基于先前关于电力系统韧性的《活线》系列，本期将重点转向配电网——电力系统与终端用户之间的关键接口（世界银行，2025，2026）。与之前的系列一样，本期《活线》区分了韧性标准（为韧性配电网建立技术、运营和制度要求）和韧性指标（衡量系统性能和韧性结果）。韧性标准是合规导向的，确立了公用事业公司预期需要满足的技术、运营和制度要求，而韧性指标是绩效导向的，衡量系统在干扰条件下维持和恢复电力服务的有效性。两者都至关重要，在加强从发电到输电和配电的系统及其各部分的韧性方面发挥着互补作用。 什么是区分了整个电力系统韧性与分销系统韧性的关键因素？ 配电网韧性是指配电网在发生中断事件时，能够继续向终端用户供电，并在事件发生后快速恢复供电服务的能力。 必须在整个电力系统供应链的每个环节——从发电到输电再到配电——建立韧性，并且韧性标准和指标在每个阶段都发挥着关键作用。虽然通过本系列《现场电线》中阐述的MARC框架所展示的保障电力系统免受中断影响的核心目标在所有环节都保持一致，但配电系统韧性具有一些特殊特征，如下文所述。 MARC框架——最小化、吸收、恢复和贡献——在之前的《活线》中介绍，可应用于配电网韧性，以实现跨整个灾害的韧性结构化方法。 莉娜·李（Selena Jihyun Lee）是世界银行全球能源部门能源、政策与法规处的能源专家。 伊什塔·卡尔马卡尔（Ipshita Karmakar）是英属哥伦比亚大学的一名博士研究生，同时也是世界银行全球能源部门能源、政策与法规处的顾问。 配电自动化以及故障定位、隔离和服务恢复。性能指标评估恢复速度和运营效率，包括故障隔离时间、关键负荷恢复时间、受影响用户数量以及恢复特定百分比负荷所需时间。 风险管理循环（世界银行 2025, 2026）。在 MARC 框架的框架-2工作阶段，韧性可以通过技术标准、运营能力和绩效指标的结合来具体化。 该M阶段的标准强调资产状况和维护、气候灾害风险暴露评估、馈线配置、植被管理、杆塔和导线加固、网络冗余、智能电网实现，以及在适用情况下采取电网加固措施，如带护套导线和地下化（EPRI 2023；Leader等人 2025）。这些标准在嵌入风险意识、主动规划流程中最为有效，该流程需识别和确定需加固或重新设计的资产优先级。由此产生的标准进而生成所需资产数据，以完善未来的脆弱性评估。性能指标则用于识别和确定脆弱性优先级，包括资产失效概率、关键资产气候风险暴露以及基于风险的资产排名。 中长期恢复阶段侧重于恢复系统全部功能，并将中断事件中的经验教训融入修订后的操作实践中。该阶段的指标用于评估恢复的完整性和持久性。 本阶段聚焦于C—为建设更美好的未来做出贡献。重点在于破坏性事件后的适应、制度学习以及长期韧性提升，通常超越电力部门，涵盖终端用户。相关标准包括事件后的损害评估、网络安全框架、智能电网现代化以及极端事件操作规程。此阶段的指标用于评估恢复的公平性、网络升级、事件后损害比率，以及运营效率和韧性提升的更广泛指标。 “吸收”阶段侧重于A—危机期间吸收冲击。通过网络灵活性——即配电网自我重构、重新分配负荷并利用分布式资源承受冲击而不损失关键服务的的能力——来维持破坏性事件期间的服务连续性和运营功能。相关标准包括资产和馈线脆弱性、关键负荷、备用供应、带孤岛功能的微电网、分布式能源资源（DER）的集成以及停电预测。虽然公用事业公司继续主要依赖SAIFI、SAIDI和CAIDI等传统可靠性指标进行运营报告，但弹性文献已提出了额外的指标来评估极端事件期间的系统性能。这些指标包括客户停电风险（CORi）、负荷停电风险（LORi）、DER停电风险（DORi），以及关键负荷服务百分比和在极端事件期间维持的负荷等指标（EPRI 2023；Afzal等人 2024；以及Phillips等人 2020）。 MARC框架的一个示例在框1中给出，其中重点在于M支柱。 那么，如何衡量分销弹性？ 需要指标来评估基础设施、运营、服务连续性和社区福祉的韧性 这些指标用于评估基础设施的韧性，衡量配电资产在破坏性事件发生前的物理状况和脆弱性。它们包括基于馈线、电杆和配电变压器的年龄、材料和维修历史而制定的资产状况和健康指标；估计在灾害强度增加下的失效概率的脆弱性曲线；极端灾害场景下资产失效的概率；位于高风险气候区的资产百分比；以及基于风险的资产排名。虽然这些指标描述的是基础设施特征而非实际的服务结果，但它们确实指明了应优先制定标准和管理加固投资的方向。因此，它们应与随后提供的服务水平指标一并阅读，而非取代后者（EPRI2023；Afzal等人 2024；E.DSO 2024）。 应急恢复阶段侧重于隔离故障并尽快恢复电力服务。关键标准包括分阶段恢复、应急响应。 事件、关键负荷供电百分比、可用电压供应持续时间、避免所谓未供电能源，以及离网或备用支持运行持续时间（EPRI 2023，附录A；Phillips等人2020；Wang等人2026；Afzal等人2024）。这些指标的计算方法在附件1中说明。 一、玛丽亚飓风后的波多黎各：微电网与分布式韧性 飓风玛丽亚于2017年造成的广泛且持续的电网故障，暴露了波多黎各高度集中式输配电系统的脆弱性，并加速了向更具分布式和弹性的电力基础设施的转变。为此，波多黎各电力当局2018年的综合资源计划引入了通过发展区域微电网将波多黎各电网部分岛化的概念，以支持灾后恢复并在未来中断期间提高服务连续性。 由于服务连续性、恢复力和配电网弹性方面的指标最终是服务结果而非资产特性，因此应通过以客户为中心的指标（如前文所述）进行评估。这些指标对于评估关键基础设施的性能尤为重要。危险事件可能中断医院、水务公司、应急服务、电信设施及其他关键客户的供电，并对更广泛的人群产生级联效应。因此，公用事业公司越来越重视识别和优先考虑关键客户，以加强保护和快速恢复，这使得在干扰事件期间为关键负荷供电的百分比成为衡量配电网弹性的一个特别重要的指标（Rickerson, Gillis, and Bulkeley 2024;CIGRE 2022）。 波多黎各韧性战略的一个主要重点是部署太阳能光伏系统，并配备电池存储，以维持对医院、应急避难所、水利基础设施和社区设施等关键负荷的电力供应。为支持这些运营变化，电力部门根据国家可再生能源实验室的技术评估和指导，制定了风能和太阳能光伏发电机的最低技术要求，以确保其与离网和电网恢复操作兼容。最近，由LUMA能源领导的配电网现代化工作强调提高可靠性，并将韧性标准与IEEE 1366等行业框架（Mahmud, Narang, and Ingram 2022; Yañez-Barnuevo 2023）保持一致。 这些指标用于评估社区韧性。它们衡量在灾害事件期间及之后，配电系统中断对居民、服务和本地运营造成的影响，从而将评估范围从电力公司的自身服务连续性指标扩展到受影响人群的切身经历。这些指标包括：按地点划分的停电持续时间（例如，馈线首端与馈线末端）、事件期间仍能获得电力的人口比例、维持运行的关键设施比例、医院和应急服务的恢复时间，以及无电力服务的人口小时数。所有这些指标都有助于捕捉电网韧性的社会维度（Rickerson、Gillis和Bulkeley 2024；IEEE和DOE 2020；CIGRE 2022）。作为可在整个电网中采用的其它韧性指标的有益补充，以社区为导向的韧性指标应重点关注服务连续性、最后一公里连通性、馈线级性能、关键负荷的恢复结果，以及社区在破坏性事件期间及之后维持对基本电力服务接入的能力（Parker等人 2023；E.DSO 2024；Mahmud、Narang和Ingram 2022）。 这些指标用于评估运营韧性，即配电网系统在干扰事件期间及之后维持和恢复电力服务的能力。它们包括服务连续性和恢复指标，如CORi、LORi和DORi，以及诸如在干扰事件期间接收至少最低限度服务的客户百分比等指标。 在配电网层面提升韧性的一个有力案例来自圣地亚哥燃气与电力公司（SDG&E）。该案例包括采用相关指标，尤其关注MARC生命周期框架中的M（最小化）和C（贡献）阶段。 分发韧性标准和指标有哪些选择？ 从业者的众多选择有着共同点，并且必须根据其具体情况进行调整。 与先前关于电力系统整体及输电系统韧性标准与指标的《活力电缆》保持一致，表1列出了适用于配电系统的韧性标准与指标菜单——其中每一项都应根据实际情况进行定制，以实现最大化的实践效果。 在多次野火事件之后，特别是2007年的巫溪火灾之后，SDG&E实施了一项全面的野火韧性计划，该计划结合了基础设施加固、先进的监测技术、运营准备和长期的电网现代化。通过 其野火与气候韧性中心，将实时天气监测、预测性野火建模、人工智能赋能的资产巡检以及应急行动协调相结合，以支持风险知情决策。与此同时，该公用事业公司在加强软件功能的同时，也强化了其硬件基础设施，扩大了地下布线（或进行覆盖），加强了植被管理，并增加了智能电网技术的应用。所有这些措施均旨在降低野火引发风险，提升整体系统韧性。 这些努力得到了野火缓解规划、员工培训计划以及采用具体韧性指标的支持，这些指标使得风险降低得以系统评估和监测。这些指标包括网络加固或地下化的百分比以及野火事件后的恢复性能。这两者都为规划和后续投资决策提供了依据（Leader 2025）。 (post-crisis)C - 贡献 圣地亚哥的案例展示了公用事业如何通过提升韧性、改革运营以及持续的风险评估和监控来制度化事件后的学习。 对于从业者而言，合理的步骤是将资产登记和风险敞口映射视为一个前提阶段，并将优先投资于基础数据系统作为一项独立的韧性措施，而不是假设所有选项都能在所有环境中统一采用。 另一个突出的例子是2009年澳大利亚的黑色星期六森林大火，其中五起大火被追溯到配电线路故障。维多利亚州森林火灾皇家委员会指示该州保护配电网上的技术；这项授权通过输电线路森林火灾安全工作组2011年的最终报告正式化。该工作组要求电力分销商在五年到十年内，在22kV多线馈线和单线接地回路上安装快速接地故障电流限制器和新一代自动重合闸装置，估计这些标准将分别使森林火灾的引发可能性降低约70%和50%。维多利亚案例说明，在“最小化”阶段制定并量化了针对配电的特定标准，这是通过直接的监管调查而非从输电或大系统层面的实践改编而来的（AER 2011）。 此外，还有两个因素可能会塑造下一代分销韧性实践。越来越多的研究正在探索人工智能在故障预测、损害评估和恢复时间预测方面的应用，尽管人工智能对韧性结果的具体贡献尚未建立标准化指标。 随着智能电表、自动化和分布式能源管理系统扩展其数字足迹，配电网络也正日益暴露于网络威胁之下，而随着这些系统的成熟，这种暴露将需要其自身的保护标准。两者都依赖于在此次Live Wire中被识别为瓶颈的相同底层数据基础设施，并且最好被理解为未来标准化议程。 我们能得出什么结论？ 数据是一个紧迫的制约因素 该Live Wire已针对整个MARC范围提出了一套结构化的标准和绩效指标。它们共同使配电公司能够从单一的、全系统的可靠性数字转向一个更细化、量化的网络脆弱性图景，即了解网络在何处以及如何存在脆弱性。 脚注 1.“使命300”（Mission 300）是由世界银行集团、非洲开发银行及合作伙伴共同发起的一项倡议，旨在通过加速电网扩展、分布式可再生能源以及旨在提升电力获取便利性、可负担性、可靠性和韧性的政策改革，于2030年前将3亿非洲人接入电力网络。（https://www.world-bank.org/ext/en/e