Un fonctionnement fiable des réseaux d'infrastructures techniques est essentiel pour notre société de haute technologie. Défaillances en cascade, c'est-à-dire des réactions en chaîne de défaillances de différentes infrastructures, sont à l'origine de nombreuses pannes de réseaux entiers, par exemple. une grande partie des réseaux électriques européens. Bien que les défaillances en cascade soient généralement influencées par la dynamique non linéaire à l'échelle du réseau entre les défaillances individuelles, leur modélisation s'est jusqu'à présent principalement concentrée sur l'analyse des séquences d'événements de défaillance d'infrastructures individuelles - cependant, la dynamique entre ces événements n'a pas été prise en compte.

Dans un article maintenant publié par Communication Nature , un schéma d'analyse est présenté qui prend en compte le caractère événementiel de la réaction en chaîne ainsi que les influences dynamiques spécifiques du réseau.

L'équipe internationale de scientifiques du Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) de la TU Dresden et du Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization à Göttingen (Prof. Marc Timme, Dr Benjamin Schäfer), le Forschungszentrum Jülich (Jun.-Prof. Dr. Dirk Witthaut) et l'Université Queen Mary de Londres (Prof. Vito Latora) ont pu découvrir que certains processus de transition entre différents états du réseau électrique se déroulent sur une échelle de temps de quelques secondes. « Celles-ci peuvent jouer un rôle déterminant dans le développement des réactions collectives, ce qui peut éventuellement conduire à une « panne d'électricité ». Dans notre étude, nous proposons une méthode de prédiction pour identifier les lignes et les composants de réseau potentiellement menacés déjà au stade de la planification et, le cas échéant, également pendant l'exploitation des réseaux électriques. Ces effets dynamiques pourraient être intégrés dans les évaluations des risques et la planification du système des opérateurs de réseau. Globalement, nos résultats soulignent l'importance des défaillances induites dynamiquement pour les processus d'ajustement des réseaux électriques nationaux de divers pays européens, " déclare le professeur Marc Timme de la Chaire stratégique de dynamique des réseaux à la TU Dresden.

pannes de courant majeures, qui touchent souvent des millions de personnes, sont causées par des interactions complexes et souvent non locales entre de nombreux composants. En Europe, par exemple, l'arrêt programmé d'une ligne en 2006 a entraîné la défaillance de grandes parties du réseau européen et touché jusqu'à 120 millions de personnes. De telles réactions en chaîne défavorables peuvent déjà s'accumuler en coupant une seule ligne du réseau. A un stade avancé, une dynamique rapide se développe, qui est basé, en particulier, sur les dispositifs d'arrêt automatique, qui sont en fait censés assurer la sécurité du réseau. Cette dynamique rapide a été au centre des recherches de l'équipe de scientifiques. Le professeur Dirk Witthaut du Forschungszentrum Jülich explique les raisons :« Ces dernières années, la tendance dans le secteur de l'électricité s'est poursuivie vers une forte mise en réseau, les pays sont très étroitement intégrés au réseau européen. Étant donné que de telles défaillances n'importe où dans ce réseau pourraient nous affecter à tout moment, nous devons comprendre les causes. C'est pourquoi nous nous sommes intéressés à ces questions :Pouvons-nous comprendre comment fonctionnent ces processus rapides ? Pouvons-nous prédire quelles lignes pourraient provoquer une panne de courant à grande échelle ? »

« L'idée de base derrière l'architecture de sécurité des réseaux électriques est la suivante :si une partie du réseau tombe en panne, alors le réseau électrique devrait continuer à fonctionner. Le réseau prend alors un nouvel état stable afin de compenser le défaut. La question de savoir à quoi ressemble cet état lorsque le réseau a suffisamment de temps pour le trouver a déjà été étudiée à plusieurs reprises. Pour l'échelle de temps relativement courte des cascades d'erreurs dans les réseaux électriques, cependant, notre étude actuelle est pratiquement pionnière, " dit Vito Latora, Professeur de mathématiques appliquées et chef du groupe Systèmes et réseaux complexes à l'Université Queen Mary de Londres.

Les scientifiques ont étudié les cascades d'erreurs en utilisant une combinaison de simulations informatiques et d'analyses mathématiques de modèles de réseau simples. L'approche statique a été comparée à la nouvelle approche dynamique utilisant un réseau simulé dans lequel des connexions spécifiques sont interrompues. Souvent, la vue dynamique plus large montre que le réseau peut devenir complètement instable, même si l'approche statique prédit toujours la stabilité. Globalement, plus de défaillances potentielles sont détectées et l'étendue potentielle d'une défaillance est prédite avec plus de précision. Afin de comparer les processus trouvés sur le modèle avec la réalité, des réseaux de lignes électriques avec des structures de connexion réelles ont été examinés, spécifiquement les espagnols, Topologie britannique et française. La nouvelle méthode d'analyse a été appliquée avec succès à des réseaux complexes et plus réalistes.

En outre, des études statistiques sur les défaillances ont été réalisées en utilisant l'approche dynamique. Combien de lignes échouent si une ligne aléatoire est affectée ? « Dans de nombreux cas, les effets sont faibles, c'est-à-dire que pratiquement aucune autre ligne ne tombe en panne. À la fois, il y a quelques lignes critiques qui conduisent à des échecs majeurs. Compte tenu des attaques possibles (physiques ou virtuelles, par exemple. par des pirates), il est extrêmement important d'identifier et de soulager ces lignes critiques. Par conséquent, en utilisant l'approche dynamique, nous avons développé un outil qui prédit quelles lignes sont critiques, " décrit le Dr Benjamin Schäfer de cfaed à la TU Dresden.

Finalement, des premières investigations sur l'étalement des cascades dans le réseau ont été menées. "Au lieu de distances purement géographiques entre différents lieux, nous considérons la soi-disant «distance effective, ' qui tient compte de la force avec laquelle différentes parties du réseau électrique peuvent s'influencer mutuellement. Cependant, pour mieux comprendre, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour examiner la possibilité d'arrêter de telles cascades, " explique Schäfer.