La diversidad puede prevenir fallas en grandes redes eléctricas

Los recientes cortes de energía en Texas han puesto de relieve la desconexión de la red eléctrica del resto del país. Si bien no está claro de inmediato si la integración con otras partes de la red nacional eliminaría por completo la necesidad de eliminación gradual, un factor decisivo en el apagón fue la incapacidad del estado para importar cantidades significativas de electricidad.

Mayor que energía grid tiene ventajas, pero también conlleva peligros que los investigadores de la Northwestern University esperan abordar para acelerar la integración y mejora del sistema.

El desafío obvio con las redes más grandes es que las fallas pueden extenderse más, en Texas, a través de las fronteras estatales. Otra es que todos los generadores de energía deben estar sincronizados a una frecuencia común para poder transmitir energía. Los Estados Unidos cuentan con tres redes “separadas”: East Link, West Link y Texas Interconnection, conectadas únicamente por líneas eléctricas de CC. Cualquier desviación de frecuencia permanente en la región puede provocar un corte de energía.

Como resultado, los científicos están buscando formas de estabilizar la red buscando formas de mitigar las variaciones de frecuencia en los generadores de energía.

Una nueva investigación de Northwestern muestra que, contrariamente a algunos supuestos, existen beneficios para la estabilidad de la heterogeneidad en red de energia. Al examinar varias redes eléctricas en los Estados Unidos y Europa, un equipo dirigido por el físico Northwestern Adilson Motter informó recientemente que los generadores que operan a diferentes frecuencias regresan a su estado normal más rápido cuando son suprimidos por “disyuntores” a una velocidad diferente a la de los generadores. alrededor de ellos.

El artículo fue publicado el 5 de marzo en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Motter es profesora de Charles E. y Emma H. ​​Morrison en el Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. Su investigación se centra en fenómenos no lineales en sistemas complejos y redes.

Motter compara las rejillas eléctricas con un coro: “Es un poco como un coro sin director. Los generadores necesitan escuchar a los demás y hablar en sincronía. Reaccionan y responden a sus frecuencias “.

Escuche una frecuencia anormal y puede chocar como resultado. Dada la composición interconectada del sistema, la falla puede extenderse por la red. Históricamente, estas fallas se han evitado mediante controladores activos. Sin embargo, las fallas a menudo son causadas por errores de control y hardware. Esto indica la necesidad de generar estabilidad adicional en el diseño del sistema. Para lograr esto, el equipo buscó explotar las heterogeneidades de la red natural.

Cuando las frecuencias de los generadores de energía se alejan del estado sincrónico, pueden fluctuar durante largos períodos e incluso volverse más irregulares. Para mitigar estas dudas, se les ocurrió algo similar a un mecanismo de puerta que se usa para cerrar una puerta más rápido, pero sin golpear.

“Matemáticamente, el problema de amortiguar las desviaciones de frecuencia en la potencia generador Es análogo al problema de amortiguar de manera óptima la puerta para cerrar lo más rápido posible, que es conocida por una solución de puerta única “, dijo Motter”. Pero no es uno solo puerta en esta analogía. Es una red de muchas puertas interconectadas, si puede imaginar estas puertas como generadores de energía “.

Al crear un efecto de “amortiguación óptima”, descubrieron que, en lugar de hacer que cada amortiguador sea idéntico, la amortiguación Generadores de poder convenientemente diferentes entre sí, pueden optimizar aún más su capacidad para sincronizarse con la misma frecuencia lo más rápido posible. Esto significa que una atenuación adecuadamente heterogénea en la red puede conducir a una mejor estabilidad en las redes eléctricas estudiadas por el equipo.

Este descubrimiento podría tener implicaciones para el futuro reja diseñar mientras los desarrolladores trabajan para optimizar la tecnología y considerar una mayor integración de las redes actualmente separadas.