«Если мы сможем взять эту нестабильность под контроль, тогда людям не придется беспокоиться о потере энергии», — сказал Мезич, преподаватель кафедры машиностроения UCSB, — «И мы сможем использовать более колеблющиеся источники, такие как солнце и ветер. "Хотя разработка более энергоэффективных машин и устройств и появление альтернативных форм энергии дает нам основания для оптимизма в отношении более зеленого будущего, перспективы устойчивой и надежной энергии настолько хороши, насколько хороша инфраструктура, которая ее обеспечивает. Обычные электрические сети, система, которая до сих пор распределяет большую часть нашей электроэнергии, были построены для нужд почти столетия назад. Поскольку спрос на энергию неуклонно растет, предложение не только станет недостаточным при современных технологиях, но и станет неэффективным и расточительным.
«Каждый отдельный компонент не знает коллективного положения дел», — сказал Мезич. «Современные методы полагаются на стабильное, обильное предложение, производящее достаточно энергии, чтобы течь через сеть в любое время, независимо от спроса», — пояснил он. Однако, если часть сети, уже работающая на полную мощность, выйдет из строя — скажем, во время бедствия, атаки или сбоя, — могут произойти массовые отключения электроэнергии по всей системе.«Все отключаются», — сказал Мезич.
Он пояснил, что большие скачки напряжения, не регулируемые неисправным компонентом, могут либо перегрузить и сжечь другие части сети, либо вызвать их отключение, чтобы избежать повреждений. Результатом является массовое отключение электроэнергии и последующий экономический и физический ущерб. Северо-восточное отключение электроэнергии в 2003 году было одним из таких событий, затронувших несколько штатов США и часть Канады, нанеся ущерб транспорту, связи и промышленности.
Альтернативой для решения этой ситуации может быть строительство большего количества электростанций, которые будут обеспечивать стабильную подачу электроэнергии в сеть и иметь возможность справляться с непредсказуемыми сбоями, колебаниями и отключениями. Это решение является дорогостоящим как для окружающей среды, так и для чековой книжки.Однако метод, разработанный Mezic и партнерами, обещает предотвратить каскад отключений электроэнергии и их последующие последствия путем мониторинга всей сети на предмет ранних признаков отказа в режиме реального времени. Этот динамический подход, называемый анализом в моде Купмана (KMA), основан на концепции, связанной с теорией хаоса, и позволяет отслеживать, казалось бы, безобидные флуктуации измеряемого потока физической мощности.
Используя данные из существующих методов мониторинга, таких как диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA) и блоки измерения фазора (PMU), KMA может отслеживать колебания мощности по отношению к большему ландшафту сети и прогнозировать возникающие события. В результате появляется возможность предотвращать и контролировать крупномасштабные отключения электроэнергии и ущерб, который они могут причинить.Кроме того, этот подход может также привести к более широкому развитию, спросу на возобновляемые источники энергии и их использованию, сказал Мезич.
Поскольку энергия от таких систем, как ветер, вода и солнце, зависит от погоды, они имеют тенденцию к естественным колебаниям, и эта способность реагировать на колебания может развеять то, что у коммунальных предприятий может быть резервирование относительно того, что они в большей степени полагаются на них.Исследование Мезича опубликовано в журнале «Transactions of Power Systems» Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.
Другие участники исследования Koopman Mode Analysis включают исследователей из Принстонского университета, Университета Цинхуа в Китае и Королевского технологического института в Швеции.