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Projektbeschreibung

Die kollektive nichtlineare Dynamik von Stromnetzen sowie ihre nichtlinearen Antworteigenschaften auf externe Störungen liegen Entwurf und Betrieb unserer elektrischen Energieversorgung zugrunde. Durch den Einsatz eines wachsenden Anteils erneuerbarer Energiequellen und dem damit zusammenhängenden Ausbau von Stromnetzen sind letztere externen dynamischen Störungen wie auch internen Parameteränderungen auf verschiedenen Zeitskalen ausgesetzt. Eine oft angewendete Methode zur Untersuchung von Stromnetzdynamiken und deren Resilienz gegen Störungen sind derzeit Computersimulationen spezifischer Beispielsysteme in konkreten Zuständen. Je vermaschter die Netze jedoch werden und je mehr variierende Parameter und Systemzustände sie aufweisen, desto weniger können Computersimulationen für alle erdenklichen Szenarien-Kombinationen durchgeführt werden. Zudem ist ein prinzipielles mechanistisches Verständnis rein auf Basis von Simulationen nicht möglich. In diesem Kurzprojekt entwickeln wir Ansätze, um dieser Einschränkung entgegenzuwirken.

Wir kombinieren Methoden aus der nichtlinearen Dynamik, Statistischen Physik und Netzwerkdynamik, um gleichzeitig ganze Sätze von Szenarien im Modell analysieren zu können. Wir entwerfen einerseits einen Ansatz, welcher die Identifikation derjenigen Knoten im Netz erleichtern kann, die den Verlust phasengelockter Zustände, also normaler Betriebszustände, kausal am stärksten beeinflussen. Andererseits erarbeiten wir ein Konzept, gemäß welchem wir mathematisch für alle System-Parameter gleichzeitig vorhersagen können, wie Stromnetze auf externe Fluktuationen im Mittel reagieren. Solche Methoden können bei der Vorhersage der Resilienz von Stromnetzdynamiken sowohl gegen Parameter- (d.h. Bauteil- oder Operationszustands-)Änderungen als auch gegen externe Fluktuationen helfen und dadurch zu resilientem Design und Betrieb beitragen.