p Um funcionamento confiável de redes de infraestrutura técnica é essencial para o nosso moderno, sociedade de alta tecnologia. Falhas em cascata, ou seja, reações em cadeia de falhas de diferentes infraestruturas, são a causa de muitas falhas de redes inteiras, por exemplo. grande parte das redes elétricas europeias. Embora as falhas em cascata sejam geralmente influenciadas pela dinâmica não linear de toda a rede entre as falhas individuais, sua modelagem tem se concentrado até agora principalmente na análise de sequências de eventos de falha de infraestruturas individuais - no entanto, a dinâmica entre esses eventos não foi levada em consideração. p Em um artigo agora publicado por Nature Communications , é apresentado um esquema de análise que leva em consideração o caráter baseado em eventos da reação em cadeia, bem como as influências dinâmicas de rede específicas.

p A equipe internacional de cientistas do Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) em TU Dresden e do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização em Göttingen (Prof. Marc Timme, Dr. Benjamin Schäfer), o Forschungszentrum Jülich (Jun.-Prof. Dr. Dirk Witthaut) e a Queen Mary University of London (Prof. Vito Latora) foi capaz de descobrir que alguns processos de transição entre diferentes estados da rede elétrica ocorrem em uma escala de tempo de alguns segundos. “Estes podem desempenhar um papel decisivo no desenvolvimento de reações coletivas, o que pode levar a um 'apagão'. Em nosso estudo, propomos um método de previsão para identificar linhas e componentes de rede potencialmente ameaçados já em estágio de planejamento e, se apropriado, também durante a operação de redes de energia. Esses efeitos dinâmicos podem ser integrados nas avaliações de risco dos operadores de rede e no planejamento do sistema. Geral, nossos resultados sublinham a importância das falhas induzidas dinamicamente para os processos de ajuste das redes elétricas nacionais de vários países europeus, "diz o Prof. Marc Timme da cadeira estratégica de dinâmica de rede da TU Dresden.

p Grandes falhas de energia, que costumam afetar milhões de pessoas, são causados ​​por interações complexas e frequentemente não locais entre muitos componentes. Na Europa, por exemplo, a paralisação planejada de uma linha em 2006 levou à falha de grandes partes da rede europeia e afetou até 120 milhões de pessoas. Essas reações em cadeia desfavoráveis ​​já podem se acumular desligando uma única linha da rede. Em um estágio avançado, uma dinâmica rápida se desenvolve, que é baseado, em particular, nos dispositivos de desligamento automático, que supostamente garantem a segurança da rede. Essa rápida dinâmica foi o foco da pesquisa da equipe de cientistas. O professor Dirk Witthaut, do Forschungszentrum Jülich, explica as razões:"Nos últimos anos, a tendência no setor elétrico continuou em direção a uma rede forte, os países estão intimamente integrados na rede europeia. Uma vez que tais falhas em qualquer lugar desta rede podem nos afetar a qualquer momento, devemos entender as causas. É por isso que nos preocupamos com estas questões:Podemos entender como funcionam esses processos rápidos? Podemos prever quais linhas podem causar uma queda de energia em grande escala? "

p "A ideia básica por trás da arquitetura de segurança das redes de energia é esta:se qualquer parte da rede falhar, então a rede elétrica deve continuar a funcionar. A rede então assume um novo estado estável para compensar o defeito. A questão de como será esse estado quando a rede tiver tempo suficiente para localizá-lo já foi investigada várias vezes. Para a escala de tempo relativamente curta das cascatas de erro nas redes de energia, Contudo, nosso estudo atual é virtualmente pioneiro, "diz Vito Latora, Professor de Matemática Aplicada e Chefe do Grupo de Redes e Sistemas Complexos da Queen Mary University of London.

p Os cientistas investigaram as cascatas de erros usando uma combinação de simulações de computador e análises matemáticas de modelos de rede simples. A abordagem estática foi comparada com a nova abordagem dinâmica usando uma rede simulada em que conexões específicas são interrompidas. Muitas vezes, a visão dinâmica mais ampla mostra que a rede pode se tornar completamente instável, mesmo que a abordagem estática ainda preveja estabilidade. Geral, mais falhas potenciais são detectadas e a extensão potencial de uma falha é prevista com mais precisão. Para comparar os processos encontrados no modelo com a realidade, redes de linhas de energia com estruturas de conexão reais foram examinadas, especificamente o espanhol, Topologia britânica e francesa. O novo método de análise foi aplicado com sucesso a redes complexas e mais realistas.

p Além disso, estudos estatísticos sobre falhas foram realizados por meio da abordagem dinâmica. Quantas linhas falham se uma linha aleatória é afetada? "Em muitos casos, os efeitos são pequenos, ou seja, quase nenhuma outra linha falha. Ao mesmo tempo, existem algumas linhas críticas que levam a grandes falhas. Levando em consideração possíveis ataques (físicos ou virtuais, por exemplo. por hackers) é extremamente importante identificar e liberar essas linhas críticas. Portanto, usando a abordagem dinâmica, desenvolvemos uma ferramenta que prevê quais linhas são críticas, "descreve o Dr. Benjamin Schäfer da cfaed da TU Dresden.

p Finalmente, foram realizadas investigações iniciais sobre a propagação de cascatas na rede. "Em vez de distâncias puramente geográficas entre diferentes locais, consideramos a chamada 'distância efetiva, 'que leva em consideração o quão fortemente diferentes partes da rede elétrica podem influenciar umas às outras. Contudo, a fim de obter um melhor entendimento, mais pesquisas são necessárias para examinar a possibilidade de interromper tais cascatas, "explica Schäfer.