Wenn in einem System ein Teil ausfällt, wird die Last auf die verbliebenen Teile verteilt, die dadurch stärker belastet werden und ihrerseits dem Ausfall näher rücken.

Fällt eines dieser Teile nun auch aus, werden wiederum die noch verbliebenen Teile erneut stärker belastet und erhöhen die Gefahr eines Totalausfalls erneut.

Das geht sehr schnell. Wie bei einer Reihe von Dominosteinen kann man die verbliebenen noch stehenden Steine nur retten, indem man beherzt und sehr schnell zwei der noch stehenden Steine rauszieht und damit die Kaskade unterbricht.

Aus Chaos 17, 026103 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2737822

Department of Electrical and Computer Engineering, University of Wisconsin, Madison

Ausschnitt aus
Complex systems analysis of series of blackouts: Cascading failure, critical points, and self-organization

Übersetzt mit Deepl.com

Wir betrachten Stromausfälle im großen Stromübertragungsnetz, d.h. im Hochspannungsbereich von mehr als z.B. 30 kV. Stromübertragungssysteme sind heterogene Netze mit einer großen Anzahl von
Komponenten, die auf unterschiedliche Weise zusammenwirken. Wenn die Komponenten
Betriebsgrenzen einer Komponente überschritten werden, schaltet der Schutz die
die Komponente ab und die Komponente "fällt aus" im Sinne von
nicht mehr für die Energieübertragung zur Verfügung steht.

Komponenten können auch ausfallen
im Sinne eines Fehlbetriebs oder einer Beschädigung aufgrund von Alterung, Feuer,
Witterungseinflüsse, schlechte Wartung oder falsche Konstruktions- oder Betriebs
Einstellungen. In jedem Fall verursacht der Ausfall eine Transiente und führt dazu
der Leistungsfluss in der Komponente gemäß den Schaltungsgesetzen auf andere Komponenten umverteilt
Komponenten umverteilt wird, und zwar gemäß den Stromkreisgesetzen und anschließend gemäß den automatischen und manuellen Steuerungsmaßnahmen.

Die Auswirkungen des Komponentenausfalls können lokal sein oder
können weit entfernte Komponenten betreffen, so dass die Belastung
die Belastung vieler anderer Komponenten im gesamten Netz erhöht wird.
Insbesondere beschränkt sich die Ausbreitung von Ausfällen nicht auf
benachbarte Netzkomponenten.

Zum Beispiel überträgt eine Übertragungsleitung
Leitung, die ausfällt, ihren stationären Leistungsfluss auf Übertragungsleitungen, die mit der ausgefallenen Leitung eine Schnittmenge bilden. Außerdem ändern sich die Stromflüsse im gesamten Netz. Versteckte Ausfälle
von Schutzsystemen können auftreten, wenn eine benachbarte Übertragungsleitung ausgelöst wird, aber auch Schwingungen und andere Instabilitäten können über das gesamte Stromnetz auftreten.

Die Wechselwirkungen sind vielfältig und umfassen Abweichungen bei den Stromflüssen, der Frequenz, der Spannungshöhe und -phase sowie den Betrieb oder die Fehlbedienung von Schutzeinrichtungen, Steuerungen, Bedienungsverfahren sowie Überwachungs- und Alarmsystemen. Allerdings sind alle Wechselwirkungen zwischen Komponentenausfällen tendenziell stärker, wenn die Komponenten hoch belastet sind. Wenn zum Beispiel eine hoch belastete Übertragungsleitung ausfällt, erzeugt sie eine große Transiente, es gibt mehr Energie, die sich auf andere Komponenten umverteilt und Ausfälle in nahe gelegenen Schutzeinrichtungen sind wahrscheinlicher.

Wenn das Gesamtsystem stärker belastet ist, haben die Komponenten geringere Spielräume, so dass sie
Lastanstieg tolerieren können, bevor es zu einem Ausfall kommt. Die Nichtlinearitäten und dynamischen Kopplungen des Systems nehmen zu, und die Systembetreiber haben weniger Möglichkeiten und sind stärker belastet.

Ein typischer großer Stromausfall hat eine anfängliche Störung oder ein auslösendes Ereignis, gefolgt von einer Reihe von kaskadenartigen Ereignissen. Jedes Ereignis schwächt und belastet das System weiter und macht
nachfolgende Ereignisse wahrscheinlicher.

Beispiele für eine anfängliche Störung sind Kurzschlüsse von Übertragungsleitungen durch nicht beschnittene Bäume, Fehlfunktionen von Schutzeinrichtungen und schlechtes Wetter. Die Blackout-Ereignisse und Wechselwirkungen sind oft selten, ungewöhnlich oder unvorhergesehen, weil die wahrscheinlichen und erwarteten
Ausfälle bei der Auslegung und dem Betrieb des Stromnetzes bereits berücksichtigt

Die Komplexität ist so groß, dass es Monate dauern kann, um nach einem großen Stromausfall die Aufzeichnungen zu sichten, die Ereignisse zu ermitteln und mit Hilfe von Computersimulationen und
und Rückblicken eine kausale Abfolge von Ereignissen zu erstellen. Die historisch hohe Zuverlässigkeit der Stromübertragungssysteme Übertragungssystemen in den Industrieländern ist größtenteils auf die Einschätzung der
der Übertragungskapazität und der Auslegung und dem Betrieb des Systems mit Sicherheitsmargen in Bezug auf eine ausgewählte Untergruppe von wahrscheinlichen und schwerwiegenden Ausfällen. Die Analyse ist in der Regel
entweder eine deterministische Analyse der geschätzten ungünstigsten Fälle oder Monte-Carlo-Simulation von mäßig detaillierten probabilistischen Modelle, die die Wechselwirkungen im stationären Zustand erfassen.

15 Kombinationen von wahrscheinlichen Ereignissen und einigen Abhängigkeiten zwischen
Ereignissen, wie z. B. Gleichtakt oder gemeinsame Ursache, werden manchmal berücksichtigt. Die Analysen befassen sich mit den ersten paar wahrscheinlichen und erwarteten Ausfälle und nicht mit der Ausbreitung von vielen seltener oder unerwarteter Ausfälle in einer Kaskade.