电网是现代基础设施的基本组成部分。然而，扩大它们以整合可再生能源带来的风险尚不完全清楚。此前，理论机制预测，增加传输线可能会损害更大的电网性能，可能会导致停电。这就是众所周知的布莱斯悖论1。但到目前为止，该理论缺乏现实规模的实验验证。

Braess悖论是交通建模中的一个数学现象。它指出，向网络(或交通车道)增加容量可能会降低整体系统性能，因为网络的增加会对其他薄弱环节造成额外的压力。它可以在生态系统、团队运动策略和电网中找到。在电网中，通过增加新线路来增加输电能力可能会破坏整个系统的稳定。

用实验证明一个数学悖论并不容易。这项研究的理论基础发表于2012年1，从那时起，实验演示的努力一直在发展中。在实验室里，Benjamin Schäfer博士和同事们搭建了一个由发电机、电机和电线组成的探索平台，以模拟一个简单的电网。他们发现，升级一条线路以增加电力传输会改变电流的流向。这种重定向可能是针对那些没有为流量增加做好准备的线路，可能会使毫无防备的传输线过载。一旦线路过载，就容易过热或跳闸。因此，升级生产线产生了一个Braess悖论的案例。

然后，作者提出了一个问题，在一个更复杂的网络中，他们能否预测Braessian优势?换句话说，在电网中，最大负载的线路由于扩展而过载的位置在哪里?他们引入了一种拓扑准则来预测网络某一部分的改变将如何影响其他地方的流动。该准则成功地应用于不同场景下的Braessian边预测，包括IEEE 300总线测试用例，一个简单的电力系统近似。

图片来源:Nastya Dulhiier在Unsplash网站上拍摄

研究人员还试图描述真实系统的特征。他们收集了德国高压电网及其扩展计划(NEP)的信息。2。研究人员发现，在最高风力发电注入的情况下，两个已经在建的特定电网扩展导致了Braessian边的出现。这两种措施都有效地减轻了部分电网的负荷，但增加了其他地方的负荷。研究结果强调了系统的网格扩展规划和广泛的网络加固的必要性，而不仅仅是单线扩展。理解电网系统中的Braess悖论有助于防止停电，并简化新能源技术的整合。

Schäfer博士评论说:“最困难的挑战是协调多样化和跨学科的作者团队:来自不同背景的人在这个项目上合作(实验工程、计算工程、理论物理)。此外，这个项目花了很长时间才完成，以至于多位作者搬到了一个新的机构(有时是不同的国家)或退休了。”然而，经过五年的研究，研究结果终于发表在自然通讯。

这项工作解决了关于Braess悖论是否以及如何在现实世界的电网中出现的争论，无论是在实验室规模还是在逼真的模拟中。但它更进一步。“我们想为电网运营商提供直观的解释和指导，”Schäfer博士回忆道。为了防止故障，研究人员建议工程师考虑关闭工作线路以降低传输负荷，从而提高整体电网的稳定性。此外，作者还提供了一个工具来识别哪些线路需要断开以保持稳定性。

现在，Braess悖论已经在实际系统中被发现，研究人员渴望深入到下一个实验中。Schäfer博士说:“我们很想与输电系统运营商、其他公司和负责维持稳定电网的政府机构进一步讨论这个问题。”电力公司可以高兴了:“我确实相信，如果这一效应广为人知，并在规划电网扩展时理想地加以考虑，电网的规划和运营就能获利。”随着电网的变化，能源消费者可以期待更可靠的服务。

原文可以在这里找到:

Schäfer, B.等。理解电网中的Braess悖论自然通讯827， 5396 (2022)，https://doi.org/10.1038/s41467-022-32917-6

作者还写了一个纸的背后自然工程社区网站，可以在这里找到:

https://engineeringcommunity.nature.com/posts/adding-only-the-right-lines-in-energy-networks?channel_id=behind-the-paper。