В статье, опубликованной в настоящее время Nature Communications, представлена схема анализа, которая учитывает событийный характер цепной реакции, а также специфические сетевые динамические воздействия.Международная группа ученых из Центра передовой электроники в Дрездене (cfaed) при Техническом университете Дрездена и Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Геттингене (профессор Марк Тимме, доктор Бенджамин Шафер), Forschungszentrum Julich (июнь — Профессор доктор Дирк Виттаут) и Лондонский университет королевы Марии (профессор Вито Латора) смогли выяснить, что некоторые переходные процессы между различными состояниями энергосистемы происходят в масштабе времени в несколько секунд. «Они могут сыграть решающую роль в развитии коллективных реакций, которые в конечном итоге могут привести к« затемнению ». В нашем исследовании мы предлагаем метод прогнозирования для выявления потенциально находящихся под угрозой линий и сетевых компонентов уже на этапе планирования и, при необходимости, также во время эксплуатации электрических сетей.Такие динамические эффекты могут быть интегрированы в оценки рисков сетевых операторов и планирование системы. В целом, наши результаты подчеркивают важность динамически вызванных отказов для процессов настройки национальных электрических сетей различных европейских стран », — говорит профессор Марк Тимме из кафедры стратегической сетевой динамики в Техническом университете Дрездена.Крупные отключения электроэнергии, которые часто затрагивают миллионы людей, вызваны сложными и часто нелокальными взаимодействиями между многими компонентами.
В Европе, например, запланированное отключение линии в 2006 году привело к выходу из строя значительных частей европейской энергосистемы и затронуло до 120 миллионов человек. Такие неблагоприятные цепные реакции могут развиваться уже при отключении одной линии в сети. На продвинутой стадии развивается быстрая динамика, основанная, в частности, на устройствах автоматического отключения, которые фактически должны обеспечивать безопасность сети.
Эта стремительная динамика была в центре внимания группы ученых. Профессор Дирк Виттаут из Forschungszentrum Julich объясняет причины: «В последние годы в электроэнергетическом секторе продолжилась тенденция к сильным сетям, страны очень тесно интегрированы в европейскую энергосистему.
Поскольку такие сбои в любой части этой сети могут повлиять на нас в любой момент. время, мы должны понять причины. Вот почему мы были озабочены этими вопросами: можем ли мы понять, как работают эти быстрые процессы?
Можем ли мы предсказать, какие линии могут вызвать крупномасштабное отключение электроэнергии? »«Основная идея, лежащая в основе архитектуры безопасности электрических сетей, заключается в следующем: если какая-либо часть сети выходит из строя, то электросеть должна продолжать функционировать. Затем сеть переходит в новое стабильное состояние, чтобы компенсировать дефект.
Вопрос о том, как выглядит это состояние, когда у сети есть достаточно времени, чтобы его обнаружить, уже исследовался много раз. Однако для относительно короткого временного масштаба каскадов ошибок в электрических сетях наше текущее исследование фактически является новаторским », — говорит Вито Латора. , Профессор прикладной математики и руководитель группы сложных систем и сетей Лондонского университета королевы Марии.Ученые исследовали каскады ошибок, используя сочетание компьютерного моделирования и математического анализа простых сетевых моделей. Статический подход сравнивался с новым динамическим подходом с использованием моделируемой сети, в которой прерываются определенные соединения.
Часто более широкий динамический взгляд показывает, что сеть может стать полностью нестабильной, даже если статический подход все еще предсказывает стабильность. В целом, обнаруживается больше потенциальных отказов и более точно прогнозируется потенциальная степень отказа.
Чтобы сравнить процессы, обнаруженные на модели, с реальностью, были исследованы сети линий электропередач с реальными структурами соединений, в частности испанская, британская и французская топология. Новый метод анализа был успешно применен к сложным и более реалистичным сетям.Кроме того, статистические исследования отказов проводились с использованием динамического подхода. Сколько строк выйдет из строя, если затронута случайная строка? «Во многих случаях последствия незначительны, т. Е. Вряд ли какие-либо другие линии выйдут из строя.
В то же время есть несколько критических линий, которые приводят к серьезным сбоям. Принимая во внимание возможные атаки (физические или виртуальные, например, со стороны хакеров), это чрезвычайно важно идентифицировать и устранять такие критические линии. Поэтому, используя динамический подход, мы разработали инструмент, который предсказывает, какие линии являются критическими », — описывает д-р Бенджамин Шафер из cfaed в Техническом университете Дрездена.
Наконец, были проведены начальные исследования распространения каскадов в сети. «Вместо чисто географических расстояний между разными местами мы рассматриваем так называемое« эффективное расстояние », которое учитывает, насколько сильно разные части энергосистемы могут влиять друг на друга. Однако для лучшего понимания необходимы дальнейшие исследования необходимо изучить возможность остановки таких каскадов », — поясняет Шафер.