Stromausfall

Selbstorganisierte Kritikalitätedit

Anhand historischer Daten und Computermodellierung wurde argumentiert, dass Stromnetze selbstorganisierte kritische Systeme sind. Diese Systeme weisen unvermeidbare Störungen aller Größen bis zur Größe des Gesamtsystems auf., Dieses Phänomen wurde auf die stetig steigende Nachfrage/Belastung, die Wirtschaftlichkeit des Betriebs eines Energieunternehmens und die Grenzen des modernen Ingenieurwesens zurückgeführt. Während sich gezeigt hat, dass die Blackout-Frequenz verringert wird, indem sie weiter von ihrem kritischen Punkt entfernt betrieben wird, ist dies im Allgemeinen nicht wirtschaftlich machbar, was dazu führt, dass Anbieter die durchschnittliche Last im Laufe der Zeit erhöhen oder seltener aktualisieren, was dazu führt, dass sich das Netz näher an seinen kritischen Punkt bewegt. Umgekehrt wird bei einem System, das über den kritischen Punkt hinausgeht, zu viele Blackouts auftreten, die zu systemweiten Upgrades führen, die es wieder unter den kritischen Punkt bringen., Der Begriff kritischer Punkt des Systems wird hier im Sinne der statistischen Physik und der nichtlinearen Dynamik verwendet und stellt den Punkt dar, an dem ein System einen Phasenübergang durchläuft; in diesem Fall der Übergang von einem stabilen zuverlässigen Gitter mit wenigen Kaskadenausfällen zu einem sehr sporadischen unzuverlässigen Gitter mit häufigen Kaskadenausfällen. In der Nähe des kritischen Punktes folgt die Beziehung zwischen Blackout-Frequenz und-Größe einer Power-Law-Verteilung.

Kaskadenfehler treten in der Nähe dieses kritischen Punktes viel häufiger auf. Die Macht-Gesetz-Beziehung wird sowohl in historischen Daten als auch in Modellsystemen gesehen., Die Praxis, diese Systeme viel näher an ihrer maximalen Kapazität zu betreiben, führt zu verstärkten Auswirkungen zufälliger, unvermeidbarer Störungen aufgrund von Alterung, Wetter, menschlicher Interaktion usw. In der Nähe des kritischen Punktes wirken sich diese Ausfälle stärker auf die umgebenden Komponenten aus, da einzelne Komponenten eine größere Last tragen., Dies führt dazu, dass die größere Last von der ausfallenden Komponente in größeren Mengen über das System verteilt werden muss, was es wahrscheinlicher macht, dass zusätzliche Komponenten, die nicht direkt von der Störung betroffen sind, ausfallen und kostspielige und gefährliche Kaskadenausfälle auslösen. Diese anfänglichen Störungen, die Stromausfälle verursachen, sind umso unerwarteter und unvermeidbarer, als die Stromversorger offensichtliche Störungen verhindern (Bäume fällen, Leitungen in windigen Bereichen trennen, alternde Komponenten ersetzen usw.).)., Die Komplexität der meisten Stromnetze macht die anfängliche Ursache eines Blackouts oft extrem schwer zu identifizieren.

Andere Führungskräfte lehnen Systemtheorien ab, die zu dem Schluss kommen, dass Stromausfälle unvermeidlich sind, stimmen jedoch zu, dass der grundlegende Betrieb des Netzes geändert werden muss. Das Electric Power Research Institute setzt sich für die Verwendung intelligenter Netzfunktionen wie Leistungssteuergeräte ein, die fortschrittliche Sensoren zur Koordinierung des Netzes einsetzen., Andere befürworten eine stärkere Verwendung von elektronisch gesteuerten Hochspannungs-Gleichstrom-Brandbrüchen (HGÜ), um zu verhindern, dass Störungen über Wechselstromleitungen in einem Weitbereichsnetz kaskadieren.

OPA modelEdit

Im Jahr 2002 schlugen Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL), des Power System Engineering Research Center der University of Wisconsin (PSerc) und der University of Alaska Fairbanks ein mathematisches Modell für das Verhalten elektrischer Verteilungssysteme vor. Dieses Modell ist als OPA-Modell bekannt geworden, ein Verweis auf die Namen der Institutionen der Autoren., OPA ist ein kaskadierendes Fehlermodell. Andere kaskadierende Fehlermodelle umfassen Manchester, Hidden Failure, CASCADE und Branching. Das OPA-Modell wurde quantitativ mit einem komplexen Netzwerkmodell eines Cascading Failure – Crucitti–Latora–Marchiori (CLM) – Modells verglichen, das zeigt, dass beide Modelle ähnliche Phasenübergänge im durchschnittlichen Netzwerkschaden aufweisen (Lastverlust/Nachfrage in OPA, Wegschaden in CLM), in Bezug auf die Übertragungskapazität.,

Minderung der Stromausfallfrequenzedit

Die Auswirkungen des Versuchs, Kaskadenausfälle in der Nähe des kritischen Punktes auf wirtschaftlich machbare Weise zu mildern, erweisen sich oft als nicht vorteilhaft und oft sogar schädlich. Vier Minderungsmethoden wurden mit dem OPA-Blackout-Modell getestet:

• Erhöhen Sie die kritische Anzahl von Fehlern, die kaskadierende Blackouts verursachen-Es wurde gezeigt, dass die Häufigkeit kleinerer Blackouts verringert wird, aber die von größeren Blackouts.,
• Erhöhen Sie die maximale Last der einzelnen Stromleitungen-Es wird gezeigt, dass die Häufigkeit kleinerer Stromausfälle erhöht und die größerer Stromausfälle verringert wird.
• Kombination aus steigender kritischer Anzahl und maximaler Linienlast – Es wird gezeigt, dass sie keine signifikanten Auswirkungen auf die Größe des Blackouts haben. Die daraus resultierende geringfügige Verringerung der Häufigkeit von Stromausfällen wird voraussichtlich die Kosten der Implementierung nicht wert sein.
• Erhöhen Sie die überschüssige Energie, die dem Netz zur Verfügung steht – Es wird gezeigt, dass die Häufigkeit kleinerer Stromausfälle verringert wird, die Häufigkeit größerer Stromausfälle jedoch erhöht wird.,

Zusätzlich zu der Feststellung, dass jede Minderungsstrategie einen Kosten-Nutzen-Zusammenhang hinsichtlich der Häufigkeit kleiner und großer Blackouts aufweist, wurde die Gesamtzahl der Blackout-Ereignisse durch keine der oben genannten Minderungsmaßnahmen signifikant reduziert.

Eine komplexe Netzwerk-basiertes Modell zur Steuerung großer kaskadierenden Ausfällen (blackouts) mit lokalen Daten nur wurde vorgeschlagen von A. E. Motter.

Im Jahr 2015 wurde von M. S. Saleh eine der vorgeschlagenen Lösungen zur Verringerung der Auswirkungen von Stromausfällen eingeführt.