Hvor oppstår strømstøt i et strømnett? – Fysikkverden

Hvor oppstår strømstøt i et strømnett? – Fysikkverden

Tidsstempel: 28. juli 2023 8:00

Tre kart over Storbritannia, dekket med sirkler og linjer som representerer det elektriske nettet
Tilnærmingen "prinsippet maksimal sannsynlighet": Intensiteten til fargene kvantifiserer sannsynligheten for at en node er kilden til forstyrrelsen. Venstre og midtre paneler tilsvarer standardmetoden (nemlig å ta Fourier-transformasjonen av tidsserier), og det høyre panelet er metoden som brukes i denne studien. Med tillatelse: R Delabays

En ny algoritme kan identifisere hvor en elektrisk strømstøt oppstod i et strømnett, noe som potensielt gjør det lettere å unngå strømbrudd og påfølgende utstyrsfeil langs overføringslinjer. Algoritmen ble utviklet av forskere fra University of Applied Sciences of Western Switzerland (HES-SO) og Los Alamos National Laboratory i USA, og den krever ingen forkunnskaper om nettets globale struktur for å finne kilden til skadelige fenomener.

Når en komponent i et elektrisk nett fungerer feil, injiserer den et uventet signal inn i systemet, noe som forårsaker vedvarende periodiske forstyrrelser kjent som tvangssvingninger til å strømme gjennom nettet. Disse svingningene kan vise seg som kraftsvingninger langs overføringslinjer og kan få konsekvenser tusenvis av kilometer fra kilden til forstyrrelsen.

Slike langdistanseeffekter er mulige fordi elektriske kraftnett er blant verdens største menneskeskapte systemer, observerer Robin Delabays, en anvendt matematiker ved HES-SOs institutt for bærekraftig energi og studiens leder. Det europeiske nettet, for eksempel, strekker seg fra Portugal til Ukraina og fungerer som et enkelt system. Det er derfor umulig for noen å overvåke alle komponentene hele tiden.

"Siden kraftnett er komplekse strukturer, er kildene til slike forstyrrelser vanskelig å identifisere," forklarer Delabays. «Men med metoden vi foreslår, er vi i stand til å gjøre nettopp dette utelukkende basert på spenningsmålinger. Dette betyr at vi ikke trenger kunnskap om det faktiske underliggende strømnettet.»

Slik "systemagnostisisme" er en stor fordel, legger han til, ettersom den faktiske nettstrukturen og parametrene endres konstant på grunn av operasjonelle beslutninger og til og med værforhold.

«Prinsipert maksimal sannsynlighet»-tilnærming

Forskernes modell tar hensyn til tilfeldige kraftstrømsvingninger som er naturlig tilstede i overføringslinjer og bruker dem til å bestemme settet med parametere som trengs for å finne den mest sannsynlige opprinnelsen til en tvungen oscillasjon. Ved å bruke denne "prinsipielle maksimal sannsynlighet" tilnærmingen, var Delabays og kolleger i stand til å identifisere kilden til oscillasjonen i historiske amerikanske overføringssystemdata registrert under kjente tvungen oscillasjonshendelser.

"Den algoritmiske delen per se er ganske standard, forklarer Delabays. "Vi løser et minste kvadratisk problem ved hjelp av en innvendig punktmetode. Vårt hovedbidrag var å kunne omskrive optimaliseringsproblemet på en slik måte at vi kan bli kvitt mange ulineariteter i systemet."

Arbeidet kan bidra til å dempe tvangssvingninger i fremtidige kraftnett med fornybar energi, der slike kan være en betydelig kilde til svikt i infrastruktur og strømbrudd, sier han. "Den hellige gral for oss ville være å kunne bruke metoden vår i sanntid på måledata og å identifisere en enhet (vanligvis en transformator) som for øyeblikket ikke fungerer," forteller han Fysikkens verden. "Vårt mål her vil være å gi tidlige advarsler til nettoperatører og å være i stand til å lokalisere kilden til disse advarslene."

Delabays sier at neste steg vil være å få tilgang til data for ytterligere forstyrrelseshendelser som kilden er identifisert for, og bruke dette til å bekrefte gyldigheten av metoden. Etter det håper han og kollegene å bruke algoritmen på historiske måledata der den faktiske forstyrrelseskilden er ukjent. "Den andre forbedringen vi ser for oss er å utnytte kunnskapen vi har om strømnettet generelt," sier Delabays. "Vi vet ikke alt om et nett, men det er mange ting vi vet og som vi ikke utnytter for øyeblikket. For eksempel vil ikke nye kraftlinjer materialisere seg fra tynn luft, så selv om vi ikke vet om en eksisterende linje er aktiv eller ikke, vet vi når to busser ikke er fysisk koblet sammen.»

Teknikken er beskrevet i PRX energi.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden