تبیین مفهوم تاب‌آوری در شبکه برق و ارتباط آن با پدافند غیرعامل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه جامع امام حسین(ع)

2 دانشجوی دکتری، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

شبکه‌های برق به‌عنوان زیرساخت‌های اصلی اقتصادی، امنیتی و حیات طبیعی یک کشور همیشه در معرض تهدیدات خرابکارانه قرار داشته‌اند. اجزاء زیاد، وابستگی و پراکندگی آن‌ها، بهره‌برداری در زمان بروز مداخلات، کاهش دادن آسیب‌های احتمالی و مقاوم‌سازی زیرساخت‌ها در برابر اتفاقات مشابه با رویکرد پدافند غیرعامل را اموری مهم و پیچیده نموده‌اند. به‌طور سنتی، پدافند غیرعامل در قالب یک ساختار سه وجهی پیشگیری، محافظت و پاسخ تعریف می‌شده است. لیکن، با بروز تهدیدات امنیتی خرابکارانه نوین در کنار حوادث طبیعی که با احتمال رویداد کم اما خسارت زیاد همراه هستند، در نظر گرفتن مسئله تاب‌آوری در جهت کاهش حداکثری اثرات مخرب به‌عنوان رکنی جدید در پدافند غیرعامل ضروری به نظر می‌رسد. از این‌رو، ساختار سه وجهی سنتی به ارکان پنج‌گانه پیشگیری، محافظت، کاهش اثرات، پاسخ و بازیابی ارتقاء می‌یابد. در این مقاله سعی شده است مفاهیم نوین در حوزه‌ سیستم‌های قدرت تبیین شوند. از دیگر سو، در تحقیقات موجود شاخص‌های ارزیابی مناسبی جهت سنجش دقیق وضعیت تاب‌آوری سیستم در شرایط مختلف ( ازجمله، قبل، حین و بعد از بروز حوادث)، ارائه نشده است. ازاین‌رو، در مقاله حاضر ابتدا تعاریف موجود تاب‌آوری در سیستم‌های سازمانی، اجتماعی، اقتصادی، مهندسی، و شبکه‌های برق گردآوری و مقایسه شده‌اند. سپس به تفکیک مفاهیم مرتبط و درعین‌حال مستقل در حوزه پدافند غیرعامل شبکه‌های برق ازجمله خظر پذیری، مقاومت، بقاء، قابلیت اطمینان، آسیب‌پذیری و تاب‌آوری پرداخته شده است. به‌علاوه، در بخش آخر، با بررسی شاخص‌های تاب‌آوری در حوزه‌‌های اجتماعی، امنیت ملی و بلایای طبیعی، به تسهیل طراحی شاخص‌های کمی سازی این مفهوم در شبکه برق به‌عنوان مبحثی نوین در ارتباط با پدافند غیرعامل در این حوزه پرداخته ‌شده است. در نهایت، تبیین ادبیات به‌وجود آمده در حوزه نوین تاب‌آوری، محققان را کمک خواهد نمود تا بهتر به تحلیل تمهیدات مورد نیاز پدافند غیرعامل در سیستم قدرت به جهت ارتقاء تاب‌آوری سیستم بپردازند.

کلیدواژه‌ها

[1] ورکی، س. ا.، مشهدی، ح.، مبانی نظری مدیریت         آسیب­پذیری زیرساخت­ها، 1386##.
[2]               J. T. Brown, “Presidential Policy Directive 8 and the National Preparedness System: Background and Issues for Congress,” 2011.##
[3]          M. Panteli and P. Mancarella, “The Grid: Stronger, Bigger, Smarter?: Presenting a Conceptual Framework of Power System Resilience,” IEEE Power and Energy Magazine, vol. 13, no. 3. pp. 58–66, 2015.##
[4]          Y. Sheffi, “The resilient enterprise: overcoming vulnerability for competitive advantage,” MIT Press Books, vol. 1, 2005.##
[5]          T. J. Vogus and K. M. Sutcliffe, “Organizational resilience: towards a theory and research agenda,” in Systems, Man and Cybernetics, 2007. ISIC. IEEE International Conference on, pp. 3418–3422, 2007.##
[6]          E. S. Patterson, D. D. Woods, R. I. Cook, and M. L. Render, “Collaborative cross-checking to enhance resilience,” Cogn. Technol. Work, vol. 9, no. 3, pp. 155–162, 2007.##
[7]          W. N. Adger, “Social and ecological resilience: are they related?,” Prog. Hum. Geogr., vol. 24, no. 3, pp. 347–364, 2000.##
[8]          A. Rose, “Economic resilience to disasters: Community and Regional Resilience Institute (CARRI) research report 8,” Oakridge, TN CARRI Inst., p. 2009, 2009.##
[9]          A. Rose and S. Liao, “Modeling regional economic resilience to disasters: A computable general equilibrium analysis of water service disruptions,” J. Reg. Sci., vol. 45, no. 1, pp. 75–112, 2005.##
[10]        R. Martin, “Regional economic resilience, hysteresis and recessionary shocks,” J. Econ. Geogr., vol. 12, no. 1, pp. 1–32, 2012.##
[11]        L. T. T. Dinh, H. Pasman, X. Gao, and M. S. Mannan, “Resilience engineering of industrial processes: principles and contributing factors,” J. Loss Prev. Process Ind., vol. 25, no. 2, pp. 233–241, 2012.##
[12]        M. Bruneau, S. E. Chang, R. T. Eguchi, G. C. Lee, T. D. O’Rourke, A. M. Reinhorn, M. Shinozuka, K. Tierney, W. A. Wallace, and D. von Winterfeldt, “A framework to quantitatively assess and enhance the seismic resilience of communities,” Earthq. spectra, vol. 19, no. 4, pp. 733–752, 2003.##
[13]        M. Chaudry, P. Ekins, K. Ramachandran, A. Shakoor, J. Skea, G. Strbac, X. Wang, and J. Whitaker, “Building a resilient UK energy system,” 2011.##
[14]        R. Billinton, Power system reliability evaluation. Taylor & Francis, 1970.##
[15]        R. Arghandeh, A. von Meier, L. Mehrmanesh, and L. Mili, “On the definition of cyber-physical resilience in power systems,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 58, pp. 1060–1069, 2016.##
[16]        J.-C. Laprie, K. Kanoun, and M. Kaâniche, “Modelling interdependencies between the electricity and information infrastructures,” in International Conference on Computer Safety, Reliability, and Security, 2007, pp. 54–67.##
[17]        L. A. T. Cox Jr, “Evaluating and Improving Risk Formulas for Allocating Limited Budgets to Expensive Risk‐Reduction Opportunities,” Risk Anal., vol. 32, no. 7, pp. 1244–1252, 2012.##
[18]        R. Gaffarpour and A. Pourmoosa, “Risk Assessment, Modeling, and Ranking for Power Network Facilities Regarding to Sabotage,” J. Passiv. Def. Sci. Tech, vol. 6, pp. 128–144, 2015.##
[19]        M. Hofmann, G. Kjølle, and O. Gjerde, “Development of indicators to monitor vulnerabilities in power systems,” Pap. Accept. PSAM11/ESREL2012, Helsinki, 2012.##
[20]        M. Schläpfer, T. Kessler, and W. Kröger, “Reliability analysis of electric power systems using an object-oriented hybrid modeling approach,” arXiv Prepr. arXiv1201.0552, 2012.##
[21]        E. D. Vugrin, D. E. Warren, and M. A. Ehlen, “A resilience assessment framework for infrastructure and economic systems: Quantitative and qualitative resilience analysis of petrochemical supply chains to a hurricane,” Process Saf. Prog., vol. 30, no. 3, pp. 280–290, 2011.##
[22]        EPRI, “Electric Power System Resiliency Challenges and Opportunities,” 2016.##
[23]        R. Alliance, “Assessing resilience in social-ecological systems: Workbook for practitioners,” 2010.##
[24]        J. H. Kahan, A. C. Allen, and J. K. George, “An operational framework for resilience,” J. Homel. Secur. Emerg. Manag., vol. 6, no. 1, pp. 1–48, 2009.##
[25]        T. J. Pettit, J. Fiksel, and K. L. Croxton, “Ensuring supply chain resilience: development of a conceptual framework,” J. Bus. Logist., vol. 31, no. 1, pp. 1–21, 2010.##
[26]        S. L. Cutter, L. Barnes, M. Berry, C. Burton, E. Evans, E. Tate, and J. Webb, “A place-based model for understanding community resilience to natural disasters,” Glob. Environ. Chang., vol. 18, no. 4, pp. 598–606, 2008.##
[27]        C. W. Zobel and L. Khansa, “Characterizing multi-event disaster resilience,” Comput. Oper. Res., vol. 42, pp. 83–94, 2014.##
[28]        C. W. Zobel, “Representing perceived tradeoffs in defining disaster resilience,” Decis. Support Syst., vol. 50, no. 2, pp. 394–403, 2011.##
[29]        A. Cox, F. Prager, and A. Rose, “Transportation security and the role of resilience: A foundation for operational metrics,” Transp. policy, vol. 18, no. 2, pp. 307–317, 2011.##
[30]        A. Rose, “Economic resilience to natural and man-made disasters: Multidisciplinary origins and contextual dimensions,” Environ. Hazards, vol. 7, no. 4, pp. 383–398, 2007.##
[31]        D. Henry and J. E. Ramirez-Marquez, “Generic metrics and quantitative approaches for system resilience as a function of time,” Reliab. Eng. Syst. Saf., vol. 99, pp. 114–122, 2012.##
[32]        Å. J. Holmgren, “A framework for vulnerability assessment of electric power systems,” in Critical Infrastructure, Springer, 2007, pp. 31–55.##
 [33]       M. Omer, A. Mostashari, and U. Lindemann, “Resilience analysis of soft infrastructure systems,” Procedia Comput. Sci., vol. 28, pp. 565–574, 2014.##
[34]        L. Chen and E. Miller-Hooks, “Resilience: an indicator of recovery capability in intermodal freight transport,” Transp. Sci., vol. 46, no. 1, pp. 109–123, 2012.##
[35]        K. Alvehag and L. Soder, “A reliability model for distribution systems incorporating seasonal variations in severe weather,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 26, no. 2, pp. 910–919, 2011.##
[36]        Y. Liu and C. Singh, “Reliability evaluation of composite power systems using Markov cut-set method,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 25, no. 2, pp. 777–785, 2010.##
[37]        R. Billinton and K. E. Bollinger, “Transmission system reliability evaluation using Markov processes,” IEEE Trans. power Appar. Syst., no. 2, pp. 538–547, 1968.##
[38]        M. R. Bhuiyan and R. N. Allan, “Inclusion of weather effects in composite system reliability evaluation using sequential simulation,” IEE Proceedings-Generation, Transm. Distrib., vol. 141, no. 6, pp. 575–584, 1994.##
[39]        D. Liu, F.-Y. Zhao, and G.-F. Tang, “Active low-grade energy recovery potential for building energy conservation,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 14, no. 9, pp. 2736–2747, 2010.##
[40]        M. Vaiman, K. Bell, Y. Chen, B. Chowdhury, I. Dobson, P. Hines, M. Papic, S. Miller, and P. Zhang, “Risk assessment of cascading outages: Methodologies and challenges,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 27, no. 2, p. 631, 2012.##
[41]        M. Panteli and P. Mancarella, “Modeling and Evaluating the Resilience of Critical Electrical Power Infrastructure to Extreme Weather Events,” IEEE Systems Journal, vol. PP, no. 99. pp. 1–10, 2015.##
[42]        M. Panteli, C. Pickering, S. Wilkinson, R. Dawson, and P. Mancarella, “Power System Resilience to Extreme Weather: Fragility Modelling, Probabilistic Impact Assessment, and Adaptation Measures,” IEEE Trans. Power Syst., 2016.##