Dove si verificano gli sbalzi di tensione in una rete elettrica? – Mondo della fisica

Dove si verificano gli sbalzi di tensione in una rete elettrica? – Mondo della fisica

Timestamp: 28 luglio 2023 8:00

Tre mappe del Regno Unito, sovrapposte con cerchi e linee che rappresentano la rete elettrica
L'approccio della "massima verosimiglianza di principio": l'intensità dei colori quantifica la probabilità che un nodo sia la fonte del disturbo. I pannelli di sinistra e centrale corrispondono al metodo standard (ovvero prendendo la trasformata di Fourier delle serie temporali) e il pannello di destra è il metodo impiegato in questo studio. Per gentile concessione: R Delabays

Un nuovo algoritmo può identificare dove si è verificato un picco di corrente elettrica in una rete elettrica, rendendo potenzialmente più facile evitare interruzioni e conseguenti guasti alle apparecchiature lungo le linee di trasmissione. L'algoritmo è stato sviluppato dai ricercatori della University of Applied Sciences of Western Switzerland (HES-SO) e del Los Alamos National Laboratory negli Stati Uniti, e non richiede alcuna conoscenza preliminare della struttura globale della rete per individuare l'origine dei fenomeni dannosi.

Quando un componente di una rete elettrica non funziona correttamente, immette un segnale inaspettato nel sistema, provocando disturbi periodici persistenti noti come oscillazioni forzate che fluiscono attraverso la rete. Queste oscillazioni possono manifestarsi come oscillazioni di potenza lungo le linee di trasmissione e possono avere conseguenze a migliaia di chilometri dalla fonte del disturbo.

Tali effetti a lunga distanza sono possibili perché le reti elettriche sono tra i più grandi sistemi creati dall'uomo al mondo, osserva Robin Delabays, un matematico applicato a Istituto per l'energia sostenibile di HES-SO e il leader dello studio. La rete europea, ad esempio, si estende dal Portogallo all'Ucraina e funziona come un unico sistema. È quindi impossibile per chiunque monitorare costantemente tutti i suoi componenti.

"Poiché le reti elettriche sono strutture complesse, le fonti di tali disturbi sono difficili da identificare", spiega Delabays. “Ma con il metodo che proponiamo, siamo in grado di fare proprio questo basandoci esclusivamente sulle misurazioni della tensione. Ciò significa che non abbiamo bisogno di alcuna conoscenza dell'effettiva rete elettrica sottostante".

Tale "agnosticismo del sistema" è un grande vantaggio, aggiunge, poiché la struttura e i parametri effettivi della rete cambiano costantemente a causa delle decisioni operative e persino delle condizioni meteorologiche.

Approccio della “massima verosimiglianza di principio”.

Il modello dei ricercatori tiene conto delle fluttuazioni casuali del flusso di potenza che sono naturalmente presenti nelle linee di trasmissione e le utilizza per determinare l'insieme di parametri necessari per trovare l'origine più probabile di un'oscillazione forzata. Utilizzando questo approccio di "massima verosimiglianza di principio", Delabays e colleghi sono stati in grado di identificare la fonte dell'oscillazione nei dati storici del sistema di trasmissione degli Stati Uniti registrati durante noti eventi di oscillazione forzata.

“La parte algoritmica di per sé è piuttosto standard”, spiega Delabays. “Risolviamo un problema dei minimi quadrati con un metodo dei punti interni. Il nostro contributo principale è stato riuscire a riscrivere il problema di ottimizzazione in modo tale da permetterci di eliminare molte non linearità nel sistema.

Il lavoro potrebbe aiutare a mitigare le oscillazioni forzate nelle future reti elettriche a energia rinnovabile, dove potrebbero essere una fonte significativa di guasti alle infrastrutture e blackout, afferma. "Il Santo Graal per noi sarebbe poter applicare il nostro metodo in tempo reale sui dati di misurazione e identificare un dispositivo (tipicamente un trasformatore) che attualmente non funziona correttamente", dice Mondo della fisica. "Il nostro obiettivo qui sarebbe quello di fornire allarmi precoci agli operatori di rete e di essere in grado di individuare la fonte di questi allarmi".

Delabays afferma che il prossimo passo sarà ottenere l'accesso ai dati per ulteriori eventi di disturbo per i quali è stata identificata la fonte e utilizzarli per confermare la validità del metodo. Successivamente, lui ei suoi colleghi sperano di applicare l'algoritmo ai dati di misurazione storici per i quali l'effettiva fonte di disturbo è sconosciuta. "L'altro miglioramento che prevediamo è sfruttare la conoscenza che abbiamo della rete elettrica in generale", afferma Delabays. “Non sappiamo tutto di una rete, ma ci sono molte cose che sappiamo e che attualmente non sfruttiamo. Ad esempio, le nuove linee elettriche non si materializzeranno dal nulla, quindi anche se non sappiamo se una linea esistente è attiva o meno, sappiamo quando due autobus non sono fisicamente collegati".

La tecnica è descritta in Energia PRX.

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