Szinkronizáció és topológia vizsgálata az európai nagyfeszültségű villamoshálózatokon
Kivonat
Hálózatok stabilitás dinamikájának vizsgálata fontos kutatási területnek számít, legyen szó neurális hálókról, energia hálózatokról vagy kommunikációs-, szociális hálókról. Energiahálózatok esetében a dinamikai instabilitások kaszkád meghibásodásokhoz vezethetnek, amikor egy komponens vagy alrendszer hibája láncreakciót indít el a többi komponens vagy alrendszerben, aminek végeredményeként széles körű áramszünet vagy kimaradás következik be. Ezen meghibásodások modellezése és megértése fontos mind gazdasági, fenntarthatósági és nemzetbiztonsági szempontból is. Vizsgálatuk csatolt oszcillátor sokaságra alkalmazott másodrendű Kuramoto-egyenletek megoldásával történik. A tanulmány első részében a kaszkád dinamika tulajdonságait vizsgáljuk: a rendszer termalizálása után engedélyezzük egyetlen vonal túlterhelését, ami annak elszakadásához vezet, és követjük a későbbi túlterheléseket a küszöbértékekkel szemben. A kaszkádhibák valószínűségi eloszlásai a szinkronizációs pont közelében hatványfüggvény-farkakat mutatnak [1].
A tanulmány további részeiben meghatározzuk a súlyozott 2016-os és 2022-es európai áramhálózatokat, illetve majd ezek érzékeny gráfelemeit két különböző módszerrel: az összefüggő közösségek közötti hidakat határozzuk meg, illetve kiemeljük a "gyenge" csomópontokat, amelyek az ún. "lengési-egyenlet" legkisebb helyi szinkronizációját mutatják. Utóbbi esetben ugyanannyi elkerülő utat adunk a gyenge csomópontokhoz, hogy az megegyezzen a hidak számával, és összehasonlítjuk a szinkronizációt, a kaszkádhibák viselkedését a dinamikai javulással a tiszta topológiai változásokkal. Emellett összehasonlítjuk az eredményeket a hálózatok olyan változatain, ahol a hidakat eltávolítottuk, hasonlóan az elszigeteléshez, illetve hálózatok olyan változataival, ahol éleket véletlenszerű helyeken hozzáadunk-eltávolítunk [2, 3].
Hivatkozások
[1] Géza Ódor, Shengfeng Deng, Bálint Hartmann és Jeffrey Kelling. “Synchronization dynamics on power grids in Europe and the United States”. Physical Review E 106.3 (2022). DOI: 10 . 1103 / physreve. 106 . 034311. URL: https://doi.org/10.1103%2Fphysreve.106.034311.
[2] Bálint Hartmann, Géza Ódor, István Papp, Kristóf Benedek, Shengfeng Deng és Jeffrey Kelling. “Dynamical hete- rogeneity and universality of power-grids”. (2023). arXiv: 2308.15326 [physics.soc-ph].
[3] Géza Ódor, Papp István, Kristóf Benedek, Shengfeng Deng, Bálint Hartmann és Jeffrey Kelling. “Improving the European power grids via topological changes”. to be published ... (2023).
szerző
-
Benedek Kristóf
Fizikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Török János
Docens, Elméleti Fizika Tanszék -
Dr. Odor Geza
Tudomanyos Tanacsado, Energiatudomanyi Kutato Kozpont (külső)
