Kollektive nichtlineare Dynamik komplexer Stromnetze (CoNDyNet2), 2019 - 2022

Beschreibung
Das Projekt CoNDyNet untersucht grundlegende Aspekte der Stabilität, Ausfallsicherheit und Effizienz zukunftsfähiger Stromnetze. Die beteiligten Institute verbinden Grundlagenforschung aus dem Bereich der dynamischen Systeme und Netzwerkwissenschaften mit Laborexperimenten, Szenarioanalysen und industriellen Anwendungen. IEK-STE bearbeitet in diesem Verbundprojekt verschiedene Arbeitspakete:

  • Wir analysieren die Stabilität des Stromnetzes im Hinblick auf kollektive Effekte von Frequenz-, Spannungs- und Regelungsdynamik. Ziel ist die Entwicklung rigoroser Stabilitätskriterien im Wechselspiel mit numerischen Simulationen.

  • Die grundlegenden Stabilitätsuntersuchungen werden ergänzt durch die numerische und rigorose Untersuchung stochastischer dynamischer Systeme. Wir analysieren die raum-zeitliche Ausbreitung von Störungen und die Auswirkungen auf die Stabilität dezentral geregelte Systeme. Unsere modellbasierten Studien werden ergänzt durch die statistische Analyse empirischer Daten, insbesondere Zeitreihen zur Netzfrequenz.

  • Im Bereich der strukturellen Stabilität analysieren wir einzelne (N-1) und kollektive (N-X) Infrastrukturfehler sowie die Spannungsstabilität. Kernpunkt unserer Arbeit ist die Anwendung graphentheoretischer Methoden zur Ableitung rigoroser Stabilitätskriterien und effektiver Heuristiken.

Laufzeit
Januar 2019 – Dezember 2021. Verlängerung bis 30. Juni 2022

Förderung durch
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektpartner
Potsdam Institut für Klimafolgenforschung
Technische Universität Dresden
Jacobs University Bremen
Frankfurt Institute for Advanced Studies
Karlsruhe Institute of Technology
Technische Universität Clausthal

Projektleiter STE
Prof. Dr. rer. nat. Dirk Witthaut

Ergebnisse
Im Projekt wurden eine Vielzahl von theoretischen Ergebnissen zur Dynamik und Stabilität moderner Stromnetze erzielt. Insbesondere konnten wir zeigen, wie sich Fehler und Störungen im Netz ausbreiten, was im schlimmsten Fall zu Fehlerkaskaden mit potentiell schwerwiegenden Folgen führen kann. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse können Schwachpunkte identifiziert und Netze stabiler gestaltet werden.

Ausgewählte Veröffentlichungen:

  • Dirk Witthaut, Frank Hellmann, Jürgen Kurths, Stefan Kettemann, Hildegard Meyer-Ortmanns, and Marc Timme, Collective nonlinear dynamics and self-organization in decentralized power grids, Rev. Mod. Phys. 94, 015005 (2022). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.94.015005
  • Franz Kaiser, Vito Latora, and Dirk Witthaut, Network isolators inhibit failure spreading in complex networks, Nature Communications 12, 3143 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23292-9
  • Leonardo Rydin Gorjão, Richard Jumar, Heiko Maass, Veit Hagenmeyer, Johannes Kruse, Marc Timme, Christian Beck, Dirk Witthaut, and Benjamin Schäfer, Open data base analysis of scaling and spatio-temporal properties of power grid frequencies, Nature Communications 11 6362 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19732-7

Kontakt
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung
e-mail: IEK-STE-Sekretariat@fz-juelich.de

Projektwebseite
http://www.condynet.de/

Letzte Änderung: 29.06.2023