《Sustainability》：Reliability-Oriented Underground Cable Planning in Power Distribution Networks: A Systematic Review of Modeling Approaches and Decision Factors
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面向可靠性的配电网规划正变得越来越重要，因为公用事业公司面临着基础设施老化、极端天气条件以及对供电可靠性期望不断提高的挑战。在此规划过程中忽视相关因素可能导致电力故障及其相关的经济和服务影响。本系统文献综述通过考察用于规划地下及架空-地下混合电缆配置的主要建模
面向可靠性的配电网规划正变得越来越重要，因为公用事业公司面临着基础设施老化、极端天气条件以及对供电可靠性期望不断提高的挑战。在此规划过程中忽视相关因素可能导致电力故障及其相关的经济和服务影响。本系统文献综述通过考察用于规划地下及架空-地下混合电缆配置的主要建模方法，对以可靠性为中心的配电网设计进行了评估。这些研究是根据先前定义的纳入标准筛选的，随后根据其与配电网、地下或混合线路配置以及与可靠性或规划的相关性进行筛选。文献检索使用了工程索引数据库（Compendex）和谷歌学术（Google Scholar），最终检索于2026年8月完成。本综述整合了79项纳入的实证和分析研究的见解，并概述了相关的建模方法、方法论趋势以及与地下电缆规划和可靠性改进相关的常用输入和输出变量的分类。研究结果强调了在制定可持续的、面向可靠性的配电网规划策略时，考虑环境、网络设计、运营和经济因素的重要性。本综述可能无法涵盖仅在被检索数据库之外的其他数据库中索引的相关研究。
论文主体内容总结
3. 规划地下电缆敷设以实现电网可靠性设计的建模方法综述
本节将综述文献按评估地下或混合电缆策略规划与部署的方法论方法和应用进行分类。在解释这些方法论方法时，区分可靠性和韧性的概念也很重要。可靠性指网络在特定运行条件下提供连续服务的能力。韧性则描述电力系统适应重大干扰（包括恶劣天气事件、野火和其他极端情况）并从中恢复的能力。对于地下化决策，这两个概念都相关，因为地下电缆可以减少对外部危险的暴露，同时引入不同的挑战。
3.1. 传统方法
本节讨论的方法论方法包括统计分析、优化和财务建模。这些方法量化了电网架构协变量（如地下线路百分比、用户密度和植被）与关键可靠性指标（包括系统平均停电频率指数SAIFI、系统平均停电持续时间指数SAIDI以及运行和维护成本）之间的关系，目标是实现电力电缆地下化。
3.1.1. 统计分析
在根本原因识别与可靠性指标方面，统计方法被用于识别影响配电网可靠性的关键因素。例如，有研究分析了中压馈线性能不佳的根本原因，强调了配电线路和地下电缆的主要作用，并提出了一种预测性评估方法来减少停电持续时间。另有研究通过统计评估揭示了停电的主要贡献者，即植被和输电故障。关于地下电缆与成本-可靠性权衡，地下化作为一种韧性策略受到关注。有研究评估了美国地下化配电和输电系统的成本-可靠性影响，发现尽管地下网络在风暴期间经历的停电次数更少、时间更短，但其成本显著更高。在统计与随机可靠性建模方面，有研究比较了指数分布、威布尔分布和马尔可夫模型在评估配电元件可靠性中的应用，并说明了运行条件调整后的故障率和威布尔形状参数如何影响元件可靠性估计。在诊断、基于状态的维护与故障趋势方面，有研究分析了荷兰地下电缆网络，突出了基于状态的维护对于全地下电网的价值。另一项研究展示了以可靠性为中心的维护在地下系统中的益处，其馈线案例研究表明，在40%的建议位置进行维修可使系统平均停电频率指数SAIFI改善40%。在多灾害韧性方面，有研究提出了基于韧性的临界度指数，并为地下电缆创建了易损性曲线，以指导震后修复优先级排序。另有研究开发了一个概率地震加固框架，结合地下电缆和弹性储能及需求侧家庭电池逆变器及其通信基础设施，分析了它们在模拟地震场景下对系统韧性的综合贡献。在环境压力源方面，有研究使用多元回归检验了住宅停电与环境、基础设施和空间因素之间的关系。还有研究通过数据集统计评估了美国全国范围内的地下基础设施，识别了地下配电率、家庭收入、城市化程度和自然灾害暴露之间的区域差异和关联。在政策影响与公众认知方面，有研究比较了德国地下和架空高压输电项目，发现两个项目地点居民的风险预期、态度或抗议行为没有实质性差异。
3.1.2. 优化
在预测性维护与更换规划方面，有研究使用混合整数规划和约束法构建了一个多目标地下电缆更换问题，在预算限制下平衡中断指数、停电成本和更换电缆数量。另有研究提出双层优化模型，支持暴露于自然灾害的配电系统的韧性投资。在空间风险评估与规划方面，有研究采用决策分析来评估降低与电力线相关的潜在电磁场风险的替代策略。另一项研究开发了地理分析和模糊逻辑的地下电缆风险评估方法，整合了故障脆弱性和网络性能后果，以帮助优先安排维护活动。
3.1.3. 财务分析与计量经济学方法
在地下化的成本效益方面，有研究对美国163家公用事业公司的数据进行比较分析，在控制潜在混杂因素的同时考察了地下化的成本和可靠性影响。结果表明，更高的地下线路比例与更短的停电持续时间和更低的运维费用相关。另有研究估计，将华盛顿特区所有架空主干配电设施地下化将花费约11亿美元，并可防止基线记录中65%的架空客户停电。在可靠性与监管的计量经济学建模方面，有研究应用计量经济学框架，利用美国公用事业公司的历史数据评估了恶劣天气、公用事业支出与长期电力可靠性之间的关系。研究发现，地下线路比例较高的公用事业公司经历的电力中断较少。在基础设施与社区偏好的估值方面，有研究分析了地下配电对郊区房产价值的影响，结果显示地下网络提高了房地产价格。
3.2. 计算智能方法
3.2.1. 机器学习
在故障检测与定位方面，有研究提出了一种用于海底电力电缆故障检测的有监督学习方法，集成了多种模型，如决策树和高斯朴素贝叶斯，利用保护继电器获得的测量值对电缆故障和非故障状态进行分类。在环境与季节性故障预测方面，有研究分析了意大利地下电缆的接头故障趋势，揭示夏季高温和与负荷相关的热应力是接头故障的主要贡献者。另一项研究观察了地下电力电缆接头的故障，识别了电缆接头故障与高温及强降雨之间的关联。
3.2.2. 仿真与分析建模
蒙特卡洛仿真是一种常用的随机仿真技术，用于对影响因素不确定性下的系统性能进行建模。有研究提出了洪水风险缓解与恢复规划框架，考虑了不同的洪水情景，并结合洪水深度数据与设备和线路损伤模型，定量评估系统韧性。数字孪生方法方面，有研究发现对于带有地下电缆的低压配电网，精确表示电缆几何形状和阻抗对于可靠的数字孪生仿真至关重要。在山火风险与战略性地下化方面，近期基于仿真的研究日益关注山火对电力系统可靠性的影响以及选择地下化以降低这些风险。有研究将山火蔓延仿真与网络潮流分析相结合，以识别地理参考的测试系统中的脆弱线路和节点。在财务风险与客户影响建模方面，有研究提出了一种概率性的客户停电成本方法，并通过一个农村芬兰奶牛场案例进行了说明。在系统配置与环境效应方面，有研究比较了并联馈线、地下电缆和自动重合器在一个尼泊尔配电案例中的应用。结果表明，地下电缆降低了系统平均停电频率指数SAIFI，但由于故障定位和修复时间更长，增加了用户平均停电持续时间指数CAIDI。
3.2.3. 用于韧性规划的元启发式优化
有研究开发了一个单阶段、多准则规划模型，使用定制的遗传算法联合选择地下化区段、遥控开关和分布式能源资源。在其案例研究中，遥控开关以中等投资成本显著减少了未供应能量，其次是地下化和分布式能源资源。
3.2.4. 物联网与实时监控
有研究提出了一种使用振动传感、边缘计算和智能电缆标记的物联网监控系统，以防止城市地下电缆的外部损坏，为施工相关的扰动提供早期预警。另一项研究提出了一个基于微软云平台和硬件原型的物联网智能故障监控框架，支持故障识别和服务恢复。
