这篇文档属于类型a（单篇原创研究论文），以下是针对该研究的学术报告：

一、研究团队与发表信息
本研究由Molly Rose Kelly-Gorham（太平洋西北国家实验室）、Paul D. H. Hines（EnergyHub公司）和Ian Dobson（爱荷华州立大学）合作完成，发表于IEEE Transactions on Power Systems期刊2024年1月第39卷第1期。研究标题为《Ranking the Impact of Interdependencies on Power System Resilience Using Stratified Sampling of Utility Data》。

二、学术背景与研究目标
研究领域为电力系统韧性（power system resilience），重点关注电力基础设施与其他关键基础设施（如天然气、通信系统、核能）的相互依赖性（interdependencies）对电网韧性的影响。研究背景源于大规模停电事件（如2021年得克萨斯州寒潮停电）中暴露的跨系统连锁失效问题。传统方法难以量化不同相互依赖性的相对风险，本研究旨在开发一种基于历史数据分层抽样的新工具CRISP（Computing Resilience of Infrastructure Simulation Platform），以量化并排序这些相互依赖性对电网韧性的影响。

三、研究方法与流程
1. 数据驱动的建模框架（CRISP）
- 数据来源：整合了美国东北部电网的历史数据，包括纽约独立系统运营商（NYISO）的输电线路停运数据、北美电力可靠性委员会（NERC）的发电机停运数据，以及冬季极端天气下的故障率统计。
- 分层抽样（stratified sampling）：为避免蒙特卡洛方法对极端事件采样不足的问题，将停电事件按线路和发电机停运数量分层，确保低概率高影响事件被充分覆盖。
- 交互模型：构建了四种相互依赖性模型：
- 天然气供应：模拟燃气电厂因管道中断导致的燃料短缺，停运时间服从对数正态分布（μ=3天，σ=1天）。
- 通信系统：假设每个负荷节点配备备用电池（4-24小时），通信中断时线路修复时间延长1.5倍。
- 核电机组恢复：核电机组停运3小时后触发安全停机程序，恢复时间基于历史数据（平均恢复时间MTTR）。
- 时间累积风险：每8小时检查未修复线路，按当前负荷损失比例以1.05倍系数延长修复时间。

1. 测试案例

   • IEEE 39节点系统：修改为N-1安全标准，包含55条线路和10台发电机。
     
   • 6394节点新英格兰-纽约电网模型：基于ISO-NE的PSS/E规划模型，覆盖2018/19年冬季峰值负荷。
     

2. 韧性评估指标

   • 事件规模（MW）：初始负荷削减量。
     
   • 持续时间（小时）：从停电到完全恢复的时间。
     
   • 未供电能量（ENS, MWh）：累计停电损失。
     

四、主要结果
1. 相互依赖性排序
- 天然气供应中断对电网韧性影响最大，尤其在长期大范围停电中风险显著增加（例如6394节点模型中，天然气中断导致ENS增加30%以上）。
- 时间累积风险模型显示，小幅度修复延迟（1.05倍）会显著延长恢复时间（IEEE 39节点系统中，ENS增加40%）。
- 通信系统和核电机组恢复的影响较小，仅对局部修复效率产生轻微影响。

1. 分层抽样的有效性

   • 与传统蒙特卡洛方法相比，分层抽样能更准确地捕捉极端事件风险（图9显示，蒙特卡洛方法对ENS>10^3 MWh的事件采样不足）。
     

2. 区域差异

   • 新英格兰-纽约电网因高度依赖天然气发电，其韧性受天然气供应影响更显著；而IEEE 39节点系统对时间累积风险更敏感。
     

五、结论与价值
1. 科学价值
- 提出了首个基于历史数据分层抽样的电网相互依赖性量化框架，解决了传统模拟方法假设过多的问题。
- 揭示了天然气供应是东北美电网韧性的最薄弱环节，与行业实证研究一致（如2018年ISO-NE燃料安全报告）。

1. 应用价值
   
   • 为政策制定者提供优先级建议：投资天然气供应安全（如备用燃料储备）比强化通信系统更能提升电网韧性。
     
   • CRISP工具可扩展至其他基础设施交互分析（如交通-电力耦合）。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：CRISP结合了历史数据统计与分层抽样，避免了复杂级联失效模型的假设。
2. 可视化工具：引入“风险箱（risk boxes）”将事件规模、持续时间和概率加权风险三维指标整合展示（图6、图10）。
3. 实证支持：结果与历史事件（如得克萨斯州停电、波多黎各飓风）的失效机制吻合。

七、其他发现
- 季节性数据分析表明，冬季线路停运分布（s=4.29）与全年数据（s=3.59）差异较小，但极端低温下发电机故障率显著上升（FOR达21.2%）。

（注：全文约2000字，严格遵循术语翻译规范，如“resilience”首次出现译为“韧性（resilience）”，“stratified sampling”译为“分层抽样（stratified sampling）”。）