美國墨西哥灣沿岸經常遭受熱帶氣旋、颶風和其他極端天氣現象的襲擊，可能導致大規模停電。氣候變遷和全球暖化預計將增加這些事件發生的風險，這可能會嚴重擾亂該地區的活動。

德國波茨坦氣候影響研究所（PIK）和弗勞恩霍夫SCAI 的研究人員最近開展了一項研究，旨在調查極端天氣事件對德克薩斯州電網的影響，以確定應該加強的線路，以防止未來出現嚴重停電。

他們的論文，發表在自然能源，可以指導當地政府和工程師在該地區旨在提高德克薩斯州電網彈性的努力。

「我們的論文是影響建模和 PIK 進行的基礎設施研究之間的跨學科合作，」協調該研究的作者 Mehrnaz Anvari 告訴 Tech Xplore。「最近的研究和統計表明，極端天氣事件導致的停電顯著增加。我們的研究重點是極端風事件，這些事件對傳輸線和塔。

極端強風天氣事件對輸電線路造成的損害往往會導致進一步的系統和基礎設施故障，從而導致大範圍停電和停電。由於一些天氣事件，例如颶風和嚴重的TC，可能會持續幾個小時甚至幾天，它們造成的損害也會降低它們對未來惡劣天氣的抵禦能力，

安瓦里解釋說：“在這些事件中，數十甚至數百條輸電線路和塔可能遭到損壞。”“這與應用於電網的 N-1 或 N-2 安全規則形成鮮明對比。根據這些規則，即使在一個或最多兩個組件發生故障後，電網也應保持彈性。”

值得注意的是，每次輸電線路發生故障時，電網的拓樸和動態都會改變。這意味著電網對未來惡劣天氣事件和相關損害的反應將取決於先前損害的歷史以及它們在這些損害後的運作方式。

論文的合著者弗蘭克·赫爾曼（Frank Hellmann）表示：“我們研究的主要目的是了解不斷變化的風暴條件與電網部分破壞狀態之間的相互作用。”“這要求我們研究損壞和停電的時空結構，這是一個之前很少有研究的課題。”

Anvari、Hellmann 及其同事最近發表的論文是基於植根於複雜系統研究的關鍵直覺。這種直覺是，如果一個複雜但穩健的系統因外部壓力而發生故障，它通常會遵循相當明確的模式或故障模式。

「如果我們能夠識別這些故障模式，我們就有希望防止此類災難性故障的發生，」赫爾曼解釋道。“具體來說，這意味著確定對保持系統運行至關重要的線路；或者，換句話說，我們確定在颶風期間發生故障最有可能引發大規模停電的線路。”

與該領域先前的其他努力相反，研究人員的方法不僅使最有可能引發未受干擾的全功能係統停電的線路發生故障，而且還檢查了它們在電網已經遭受廣泛損壞的情況下的影響。這最終使他們能夠更好地確定網格的“支柱”，從而支持其彈性。

安瓦里說：“一旦確定了關鍵線路，我們就應該集中精力增強其抵禦極端風事件的能力，例如用地下電纜替換架空線路。”「在我們的研究中，我們假設這可以確保100% 免受風害的安全。然而，重要的是要考慮到地下電纜比輸電線路昂貴得多，並且對於長距離來說可能不具有成本效益，加固輸電塔可能會一個可行的替代方案。

該團隊概述的進一步考慮是，颶風也可能伴隨洪水，這可能會損壞地下電纜。在嘗試提高電網的彈性時也應該考慮到這一點。

安瓦里說：“我們最值得注意的發現是，確實存在一小部分關鍵線路，保護這些線路可以大大減少大停電，但這並不是必然的。”「原則上，輸電網營運商可以相對直接地應用我們的建模方法來確定其係統中的加固目標。

「在實踐中，人們希望擴展該模型以涵蓋風暴的其他方面，例如洪水和損害。對基礎模型的許多調整是可行的，並且可以允許將操作員的專業知識和系統知識納入其中。”

該研究小組最近的工作引入了一種新模型，可用於識別電網中的所有關鍵線路，從而可以增強它們以防止極端天氣期間發生大規模停電。為了演示他們的方法，他們用它來識別德克薩斯州電網中的關鍵線路。

未來，建模方法可用於規劃輸電網的建置和增強，使工程師能夠識別特定的故障情境並制定策略來防止這些情境。然後，在實施昂貴的干預措施和基礎設施維護流程之前，可以在模擬中測試並深入研究這些場景和策略。

「我們現在打算擴大我們的研究範圍，包括對其他極端天氣事件，包括洪水，並探索它們潛在的相關性，」赫爾曼補充道。「此外，我們正在積極考慮故障的傳播電網其他相互關聯的部門，例如天然氣供應部門，反之亦然。由於此類研究既複雜又耗時，我們還在探索可以直接預測進一步研究的漏洞所在的人工智慧方法。

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