한국에너지공과대학교(KENTECH, 박진호 총장직무대행)의 김희태 교수 연구팀은 아시아-태평양 이론물리센터의 박종민 교수 연구팀과 함께 동기화 네트워크에 새로운 연결을 추가해 위상 안정성을 향상시키는 방법에 대한 연구 성과를 발표했다.
전력망, 반딧불이, 심장 세포, 신경망 등 복잡하게 상호작용하는 다양한 동기화 시스템이 네트워크로 분석되고 있다. 연구팀은 동기화 네트워크의 각 위치에서 서로 다른 주파수 특성으로 인해 전체적인 동기화 상태가 불안정해질 때, 새로운 연결을 추가하여 이를 개선할 수 있는 실질적인 방법을 개발했다.
동기화 역학 분야에서 기존에 제안된 동기화 계량 함수들을 응용해, 시스템에 연결을 추가했을 때 전체 동기화 상태에 미치는 영향을 예측하고, 이를 통해 추가 연결의 위치와 동기화 양상의 관계를 분석했다.
분석 결과 기존 동기화 상태에서 위상이 이질적이면서 연결 거리가 가까운 노드들을 연결하는 것이 동기화 안정성에 큰 영향을 미친다는 것을 발견했으며, 모형 시스템에 대한 수치 시뮬레이션을 통해 두 요인의 상대적 기여도를 비교했다.
다양한 네트워크 구조에 대한 분석을 통해 연결 구조가 더 밀집될수록 기존 노드들의 연결 거리에 비해 위상의 이질성이 더 중요한 요인이 되는 것을 발견했다. 특히 사용한 계량 함수 중 SAF(Synchrony Alignment Function) 에 기반한 최적 연결 방법론이 두 요인을 적절하게 반영해 전반적으로 가장 높은 성능을 나타내기는 하지만, 연결의 밀도가 적당히 높기만 하면 단순히 가장 큰 위상 차이를 보이는 노드를 연결하는 방법만으로도 최적 방법론과 거의 동일한 동기화 안정성 향상을 이끌 수 있다는 것을 보였다.
신재생 에너지와 분산 전력망의 도입으로 인하여 지역별 주파수 다양성이 늘어나고 있는 상황에서, 전력망의 안정성 문제를 개선하고 효율적으로 운영하기 위해 필요한 기반 연구가 될 것으로 기대된다.
이번 연구는 한국연구재단과 에너지기술평가원, 아시아태평양이론물리센터의 지원을 통해 이뤄졌다.
이번 연구는 수리물리학 분야에서 최상위권 학술지 CHAOS, SOLITONS & FRACTALS 학술지에 2024년 10월 19일자 온라인판으로 먼저 출판되었다.
전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr
