Un funcionamiento confiable de las redes de infraestructura técnica es esencial para nuestro moderno, sociedad de alta tecnología. Fallos en cascada, es decir, reacciones en cadena de fallas de diferentes infraestructuras, son la causa de muchos fallos de redes enteras, p.ej. grandes partes de las redes eléctricas europeas. Aunque las fallas en cascada suelen estar influenciadas por la dinámica no lineal de toda la red entre las fallas individuales, su modelado hasta ahora se ha concentrado principalmente en el análisis de secuencias de eventos de falla de infraestructuras individuales; sin embargo, la dinámica entre estos eventos no se ha tenido en cuenta.

En un artículo ahora publicado por Comunicaciones de la naturaleza , Se presenta un esquema de análisis que tiene en cuenta el carácter basado en eventos de la reacción en cadena, así como las influencias dinámicas específicas de la red.

El equipo internacional de científicos del Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) en TU Dresden y el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Göttingen (Prof. Marc Timme, Dr. Benjamin Schäfer), El Forschungszentrum Jülich (Jun.-Prof. Dr. Dirk Witthaut) y la Queen Mary University de Londres (Prof. Vito Latora) pudieron descubrir que algunos procesos de transición entre diferentes estados de la red eléctrica tienen lugar en una escala de tiempo de unos pocos segundos. "Estos pueden jugar un papel decisivo en el desarrollo de reacciones colectivas, lo que eventualmente puede conducir a un 'apagón'. En nuestro estudio proponemos un método de predicción para identificar líneas y componentes de red potencialmente amenazados que ya se encuentran en la etapa de planificación y, si es apropiado, también durante el funcionamiento de las redes eléctricas. Estos efectos dinámicos podrían integrarse en las evaluaciones de riesgos y la planificación del sistema de los operadores de red. En general, Nuestros resultados subrayan la importancia de las fallas inducidas dinámicamente para los procesos de ajuste de las redes eléctricas nacionales de varios países europeos, "dice el Prof. Marc Timme de la Cátedra Estratégica de Dinámica de Redes en TU Dresden.

Grandes cortes de energía, que a menudo afectan a millones de personas, son causados ​​por interacciones complejas y, a menudo, no locales entre muchos componentes. En Europa, por ejemplo, El cierre previsto de una línea en 2006 provocó el fallo de gran parte de la red europea y afectó a 120 millones de personas. Estas reacciones en cadena desfavorables ya pueden acumularse desconectando una sola línea de la red. En una etapa avanzada, se desarrolla una dinámica rápida, que se basa, en particular, en los dispositivos de apagado automático, que en realidad se supone que garantizan la seguridad de la red. Esta rápida dinámica fue el foco de la investigación del equipo de científicos. El profesor Dirk Witthaut de Forschungszentrum Jülich explica las razones:"En los últimos años, la tendencia en el sector de la electricidad ha continuado hacia una sólida red, los países están muy integrados en la red europea. Dado que tales fallas en cualquier lugar de esta red podrían afectarnos en cualquier momento, debemos comprender las causas. Por eso nos preocupaban estas preguntas:¿Podemos entender cómo funcionan estos procesos rápidos? ¿Podemos predecir qué líneas podrían causar un corte de energía a gran escala? "

"La idea básica detrás de la arquitectura de seguridad de las redes eléctricas es la siguiente:si falla alguna parte de la red, entonces la red eléctrica debería seguir funcionando. Luego, la red adquiere un nuevo estado estable para compensar el defecto. La cuestión de cómo se ve este estado cuando la red tiene tiempo suficiente para encontrarlo ya ha sido investigada muchas veces. Para la escala de tiempo relativamente corta de las cascadas de error en las redes eléctricas, sin embargo, nuestro estudio actual es prácticamente pionero, "dice Vito Latora, Profesor de Matemática Aplicada y Jefe del Grupo de Redes y Sistemas Complejos de la Universidad Queen Mary de Londres.

Los científicos investigaron las cascadas de errores utilizando una combinación de simulaciones por computadora y análisis matemáticos de modelos de redes simples. El enfoque estático se comparó con el nuevo enfoque dinámico utilizando una red simulada en la que se interrumpen conexiones específicas. A menudo, la vista dinámica más amplia muestra que la red puede volverse completamente inestable, incluso si el enfoque estático todavía predice la estabilidad. En general, se detectan más fallas potenciales y se predice con mayor precisión el alcance potencial de una falla. Para comparar los procesos encontrados en el modelo con la realidad, Se examinaron las redes de líneas eléctricas con estructuras de conexión reales. concretamente el español, Topología británica y francesa. El nuevo método de análisis se aplicó con éxito a redes complejas y más realistas.

Además, Se llevaron a cabo estudios estadísticos sobre fallas utilizando el enfoque dinámico. ¿Cuántas líneas fallan si una línea aleatoria se ve afectada? "En muchos casos, los efectos son pequeños, es decir, casi ninguna otra línea falla. Al mismo tiempo, hay algunas líneas críticas que conducen a fallas importantes. Teniendo en cuenta posibles ataques (físicos o virtuales, p.ej. por piratas informáticos) es extremadamente importante identificar y aliviar estas líneas críticas. Por lo tanto, utilizando el enfoque dinámico, hemos desarrollado una herramienta que predice qué líneas son críticas, "describe el Dr. Benjamin Schäfer de cfaed en TU Dresden.

Finalmente, Se llevaron a cabo investigaciones iniciales sobre la propagación de cascadas en la red. "En lugar de distancias puramente geográficas entre diferentes ubicaciones, consideramos la llamada 'distancia efectiva, ', que tiene en cuenta la fuerza con la que las diferentes partes de la red eléctrica pueden influirse entre sí. Sin embargo, para obtener una mejor comprensión, Se necesitan más investigaciones para examinar la posibilidad de detener tales cascadas, "explica Schäfer.