テキサスでの最近の停電は、その電力網が国の他の地域から分離されていることに注目を集めました。 ナショナルグリッドの他の部分との統合が完全に停電の必要性を排除したかどうかはすぐには明らかではありませんが、州が大量の電力を輸入できないことが停電の決定的な要因でした。

より大きな電力網には利点がありますが、ノースウェスタン大学の研究者がシステムの統合と改善を促進するために取り組むことを望んでいる危険もあります。

より大きなグリッドでの明らかな課題は、障害がさらに伝播する可能性があることです—テキサスの場合、州の境界を越えて。 もうXNUMXつは、エネルギーを送信するために、すべての発電機を共通の周波数に同期させる必要があるということです。 米国は、XNUMXつの「別個の」グリッドによってサービスを提供されています。東部相互接続、西部相互接続、およびテキサス相互接続であり、直流送電線によってのみ相互接続されています。 リージョン内の周波数の永続的な偏差は、停止につながる可能性があります。

その結果、研究者は、発電機の周波数の偏差を軽減する方法を探すことによって、グリッドを安定させる方法を探しています。

新しい北西部の研究は、一部の人々が抱く仮定に反して、電力網の不均一性に安定性の利点があることを示しています。 米国とヨーロッパのいくつかの電力網を調べたところ、北西部の物理学者Adilson Motterが率いるチームは最近、さまざまな周波数で動作する発電機が、周囲の発電機とは異なる速度で「ブレーカー」によって減衰されると、より早く通常の状態に戻ることを報告しました。

論文は5月XNUMX日にジャーナルに掲載されました ネイチャー·コミュニケーションズ.

モッターは、ワインバーグ芸術科学大学の物理学および天文学科のチャールズE.およびエマH.モリソン教授です。 彼の研究は、複雑なシステムやネットワークにおける非線形現象に焦点を当てています。

Motterは、電力網を合唱団と比較しています。「指揮者のいない合唱団に少し似ています。 ジェネレーターは他の人の話を聞き、同期して話す必要があります。 彼らはお互いの周波数に反応して反応します。」

異常な頻度に耳を傾けると、失敗する可能性があります。 システムの相互接続された構成を考えると、障害はネットワーク全体に伝播する可能性があります。 歴史的に、これらの誤動作はアクティブコントローラーを使用することで防止されてきました。 ただし、障害は多くの場合、制御および機器のエラーによって正確に引き起こされます。 これは、システムの設計内で追加の安定性を構築する必要があることを示しています。 それを達成するために、チームはグリッドの自然な異質性を活用することを検討しました。

発電機の周波数が同期状態から離れると、発電機は長時間揺れ動き、さらに不安定になる可能性があります。 これらの変動を緩和するために、彼らはドアを最速で閉じるために使用されるドアメカニズムに似たものを思いつきましたが、バタンと閉めることはありませんでした。

「数学的には、発電機の周波数偏差を減衰させる問題は、ドアを最適に減衰させてドアを最速で閉じる問題に類似しています。これには、単一のドアの場合の既知の解決策があります」とMotter氏は述べています。 「しかし、この例えでは、それは単一のドアではありません。 ドアを発電機として想像できるのであれば、それは互いに結合された多くのドアのネットワークです。」

「最適なダンピング」効果を作成するとき、彼らは、各ダンパーを同一にするのではなく、互いに適切に異なる方法で発電機をダンピングすることで、同じ周波数にできるだけ早く同期する能力をさらに最適化できることを発見しました。 つまり、ネットワーク全体で適切に不均一な減衰を行うと、チームが調査した電力網の安定性が向上する可能性があります。

この発見は、開発者がテクノロジーの最適化に取り組み、現在分離されているネットワークをさらに統合することを検討しているため、将来のグリッド設計に影響を与える可能性があります。

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この論文のタイトルは「非対称性が電力網の安定性の根底にある」です。 その他の共著者には、元ポスドク研究員のフェレンツ・モルナールと研究教授の西川隆が含まれます。

この研究は、ノースウェスタン大学の有限地球イニシアチブ（レスリーとマックマックォーンが支援）とARPA-E賞番号DE-AR0000702によってサポートされ、ノースウェスタン大学の持続可能性とエネルギー研究所からの後方支援の恩恵も受けました。