Un funcionamiento confiable de las redes de infraestructura técnica es esencial para nuestra sociedad moderna y de alta tecnología. Las fallas en cascada, es decir, las reacciones en cadena de fallas de diferentes infraestructuras, son la causa de muchas fallas de redes enteras, por ejemplo, grandes partes de las redes eléctricas europeasAunque las fallas en cascada generalmente están influenciadas por dinámicas no lineales en toda la red entre las fallas individuales, su modelado se ha concentrado hasta ahora principalmente en el análisis de secuencias de eventos de falla de infraestructuras individuales; sin embargo, la dinámica entre estos eventos no se ha tenido en cuentacuenta.
En un artículo ahora publicado por Comunicaciones de la naturaleza , se presenta un esquema de análisis que tiene en cuenta el carácter basado en eventos de la reacción en cadena, así como las influencias dinámicas específicas de la red.
El equipo internacional de científicos del Centro para el Avance de la Electrónica de Dresde cfaed en TU Dresden y el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga Prof. Marc Timme, Dr. Benjamin Schäfer, el Forschungszentrum Jülich Jun.-Prof. Dr. Dirk Witthaut y la Universidad Queen Mary de Londres Prof. Vito Latora pudieron descubrir que algunos procesos de transición entre diferentes estados de la red eléctrica tienen lugar en una escala de tiempo de unos pocos segundos ".Estos pueden desempeñar un papel decisivo en el desarrollo de reacciones colectivas, que eventualmente pueden conducir a un "apagón". En nuestro estudio, proponemos un método de predicción para identificar líneas y componentes de red potencialmente en peligro que ya están en la etapa de planificación y, si corresponde, tambiéndurante la operación de las redes de energía. Tales efectos dinámicos podrían integrarse en las evaluaciones de riesgos de los operadores de red y la planificación del sistema. En general, nuestros resultados subrayan la importancia de las fallas inducidas dinámicamente paraLos procesos de ajuste de las redes eléctricas nacionales de varios países europeos ", dice el profesor Marc Timme, de la Cátedra Estratégica de Dinámica de Redes en TU Dresden.
Los cortes de energía importantes, que a menudo afectan a millones de personas, son causados por interacciones complejas y a menudo no locales entre muchos componentes. En Europa, por ejemplo, el cierre planificado de una línea en 2006 condujo al fracaso de grandes partes delRed europea y afectado hasta 120 millones de personas. Estas reacciones en cadena desfavorables ya pueden acumularse apagando una sola línea en la red. En una etapa avanzada, se desarrolla una dinámica rápida, que se basa, en particular, en la conmutación automática.fuera de los dispositivos, que en realidad deben garantizar la seguridad de la red. Esta dinámica rápida fue el foco de la investigación del equipo de científicos. El profesor Dirk Witthaut de Forschungszentrum Jülich explica las razones: "En los últimos años, la tendencia en la electricidadEl sector ha continuado hacia la creación de redes sólidas, los países están muy estrechamente integrados en la red europea, ya que tales fallas en cualquier parte de esta red podrían afectarnos en cualquier momento, debemos entender las causas.Por eso nos preocupamos por estas preguntas: ¿podemos entender cómo funcionan estos procesos rápidos?¿Podemos predecir qué líneas podrían causar un corte de energía a gran escala? "
"La idea básica detrás de la arquitectura de seguridad de las redes de energía es esta: si alguna parte de la red falla, entonces la red de energía debe continuar funcionando. La red adquiere un nuevo estado estable para compensar el defecto. La cuestión de cómo se ve este estado cuando la red tiene tiempo suficiente para encontrarlo ya ha sido investigada muchas veces. Sin embargo, para la escala de tiempo relativamente corta de las cascadas de error en las redes eléctricas, nuestro estudio actual es prácticamente pionero ", diceVito Latora, Profesor de Matemática Aplicada y Jefe del Grupo de Sistemas y Redes Complejos en la Universidad Queen Mary de Londres.
Los científicos investigaron las cascadas de error usando una combinación de simulaciones por computadora y análisis matemáticos de modelos de red simples. El enfoque estático se comparó con el nuevo enfoque dinámico usando una red simulada en la que se interrumpen conexiones específicas. A menudo, la vista dinámica más amplia muestra quela red puede volverse completamente inestable, incluso si el enfoque estático todavía predice la estabilidad. En general, se detectan más fallas potenciales y se predice con mayor precisión el alcance potencial de una falla. Para comparar los procesos encontrados en el modelo con la realidad, la línea de alimentaciónSe examinaron redes con estructuras de conexión reales, específicamente la topología española, británica y francesa. El nuevo método de análisis se aplicó con éxito a redes complejas y más realistas.
Además, se realizaron estudios estadísticos sobre fallas utilizando el enfoque dinámico. ¿Cuántas líneas fallan si se ve afectada una línea aleatoria? "En muchos casos, los efectos son pequeños, es decir, casi ninguna otra línea falla. Al mismo tiempo, hayHay algunas líneas críticas que conducen a fallas importantes. Teniendo en cuenta los posibles ataques físicos o virtuales, por ejemplo, por piratas informáticos es extremadamente importante identificar y aliviar esas líneas críticas. Por lo tanto, utilizando el enfoque dinámico, hemos desarrollado una herramienta quepredice qué líneas son críticas ", describe el Dr. Benjamin Schäfer de cfaed en TU Dresden.
Finalmente, se llevaron a cabo investigaciones iniciales sobre la propagación de las cascadas en la red. "En lugar de distancias puramente geográficas entre diferentes ubicaciones, consideramos la llamada" distancia efectiva ", que tiene en cuenta cuán fuertemente diferentes partes del poderla cuadrícula puede influirse entre sí. Sin embargo, para obtener una mejor comprensión, se necesita más investigación para examinar la posibilidad de detener tales cascadas ", explica Schäfer.
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Materiales proporcionados por Technische Universität Dresden . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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