خاموشی های گسترده یکی از چالش های جدی بهره برداری از سیستم های قدرت است که در نتیجه ناپایداری پس از وقوع اختلال های شدید، به ویژه خروج خطوط انتقال پربار، رخ می دهد. این خاموشی ها خسارت های اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی به همراه داشته و امنیت انرژی را تهدید می کند. یکی از راهکارهای مؤثر برای مقابله با این بحران ، جزیره سازی کنترل شده پیش از وقوع جزیره ای شدن کنترل نشده و بروز خاموشی گسترده در شبکه است. مسئله اساسی در جزیره سازی کنترل شده، انتخاب روش مناسب برای تعیین محل کلیدزنی خطوط (زیرمسئله کجا) و تعیین زمان جزیره سازی (زیرمسئله کی) است؛ به گونه ای که جزیره های حاصل از نظر دینامیکی پایدار بوده و تأمین بار شبکه تا حد امکان حفظ شود. با وجود پژوهش های پیشین، همچنان چالش هایی در لحاظ قیود پایداری دینامیکی، حفظ بار محاسباتی کم و تخصیص بهینه بارها به ژنراتورها برای تصمیم گیری در زمان واقعی در شرایط بحرانی وجود دارد. در این تحقیق، با هدف رفع این چالش ها، یک چهارچوب جدید مبتنی بر تئوری شبکه های پیچیده ارائه می شود که برخلاف مطالعات قبلی، دو زیرمسئله کی و کجا را به صورت یکپارچه و در زمان واقعی بررسی می کند. بدین ترتیب شکاف موجود در تحقیقات گذشته، که عمدتا این زیرمسئله ها را به صورت جداگانه و برای رویکردهای برون خط یا برخط بررسی کرده اند، پوشش داده می شود.
در روش پیشنهادی، شبکه قدرت با استفاده از ردیابی شارش توان به صورت یک گراف دوبخشی جهت دار مدل سازی شده و ارتباط بین ژنراتورها و بارها به طور صریح نمایش داده می شود. همچنین گراف دیگری شامل تنها ژنراتورها، یعنی گراف نیروگاهی، تشکیل می شود تا گروه هایی از ژنراتورها که همگامی خود را با سایر بخش های سیستم از دست می دهد، شناسایی شود. این شناسایی در طول یک پنجره زمانی متحرک و به صورت زمان واقعی، تحت اختلال های مختلف و متوالی سیستم انجام می گیرد و براین اساس تعداد جزیره ها نیز مشخص می شود. با توجه به تفاوت مفهوم خروج از همگامی با مفهوم همنوایی، در این تحقیق، برخلاف تحقیقات گذشته، تعداد جزیره ها لزوما با تعداد گروه های همنوا برابر نیست. سپس با ادغام ژنراتورهای هر گروه، گراف دو بخشی معادل ساخته می شود. برای حل زیرمسئله کجا در این گراف دو بخشی، دو ساختار مبتنی بر تئوری شبکه های پیچیده پیشنهاد شده است: ساختار مبتنی بر خوشه بندی طیفی با الگو و ساختار مبتنی بر بهینه سازی تابع پیمانگی. این ساختارها قیود پایداری زاویه روتور و پایداری فرکانس را در نظر می گیرد. قید پایداری فرکانس با لحاظ دو نقطه کار، شامل بلافاصله پس از کلیدزنی و حالت مانا، برآورده می شود. آزمایش ها بر روی شبکه های دینامیکی استاندارد 39 و 118 باس IEEE نشان می دهد که روش پیشنهادی، در مقایسه با روش های پیشین، ضمن کاهش بار محاسباتی، زمان بازیابی فرکانس را بهبود می بخشد، تعداد جزیره ها و میزان بارزدایی را کاهش می دهد و از قابلیت به کارگیری در زمان واقعی برخوردار است.
برای حل زیرمسئله کی، دو سیگنال به صورت زمان واقعی دریافت می شود. سیگنال اول زمانی فعال می شود که در گراف نیروگاهی دست کم یک گروه ژنراتور در خطر خروج از همگامی شناسایی شود؛ در این حالت، محاسبات زیرمسئله کجا بلافاصله انجام می شود. با این حال، صدور فرمان جزیره سازی منوط به فعال بودن هر دو سیگنال هشدار است. سیگنال دوم بر اساس پایش مسیر امپدانس دیده شده از ابتدا یا انتهای خطوط تعیین می شود و تنها به اطلاعات ولتاژ باس ها و جریان خطوط نیاز دارد. با تعریف نواحی خروج از همگامی، که تنها به اطلاعات امپدانس خط و امپدانس بار نیاز دارد، زمان ناپایداری سیستم به صورت زمان واقعی و با دقت نرخ نمونه برداری داده ها از واحدهای اندازه گیری فازور شناسایی می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی زودتر از روش های موجود، زمان جزیره سازی را پیش از وقوع خاموشی گسترده تعیین می کند.