Исследователи выяснили, почему в энергосетях мира каждую минуту падает частота
Исследователи в Германии установили, что синхронные ежеминутные просадки частоты в сетях разных стран вызваны аккумуляторами, проверяющими уровень заряда раз в минуту. Решение — изменение программного обеспечения, но проблема может сохраняться годами.
Исследователи немецкого центра Forschungszentrum Jülich разгадали загадку, над которой энергетики бились годами: почему в энергосетях разных стран и континентов каждые 60 секунд слегка падает частота, причём везде одновременно. Такая закономерность видна в данных от Европы до Австралии и от США до Малайзии. Работа сети зависит от того, остаётся ли частота в заданном диапазоне; если колебания становятся слишком большими или операторы, не зная причины, реагируют неверно, возможны блэкауты. Неконтролируемые просадки также могут повредить оборудование электростанций, прежде всего гидротурбины.
Гидроэнергетика не при чём
Загадку исследователю Дирку Виттхауту (Dirk Witthaut) передал Tennet Germany, крупнейший в стране оператор систем передачи электроэнергии. Его команда сначала проверила гидроэнергетику, исторически один из главных источников сверхнизкочастотных колебаний. На компьютерной модели системы управления гидроэлектростанцией в скандинавской сети удалось найти условия для резонанса с пиком раз в минуту, но это не объясняло, почему явление длится так долго.
Часы внутри аккумуляторов
Тогда исследователи решили, что столь точный ритм требует часов. На территории кампуса в Юлихе они установили более 80 умных измерителей качества электроэнергии, фиксировавших частоту, напряжение, ток и мощность каждые три секунды. Измерения на трансформаторе, подключённом к системе накопления энергии на аккумуляторах, показывали пик каждую минуту. Многие стационарные аккумуляторы, от источников бесперебойного питания (ИБП) дата-центров до сетевых батарей, раз в минуту проверяют уровень заряда. Поскольку устройства подключены к интернету, их часы почти идеально синхронизированы, и совместный эффект становится заметен.
Данные сети Ирландии подтвердили вывод. К 2022 году дата-центры составляли 18% нагрузки сети. С 2016 по 2021 год ежеминутная просадка частоты выросла в четыре раза — с 3 до 12 миллигерц (мГц), а недавно отдельные просадки превышали 20 мГц. Ирландская сеть на 50 Гц рассчитана на колебания плюс-минус 200 мГц, хотя оператор предпочёл бы удерживать их в пределах 100 мГц.
Решение
Исследователи советуют производителям ИБП и сетевых аккумуляторов добавить в график случайность, а не проверять заряд точно в начале минуты. Периодические колебания обнаружены и у устройств интернета вещей (IoT), в том числе у умной духовки и кластеров Raspberry Pi. Исправление снова сводится к простому программному обновлению, но многие IoT-устройства не обновляются: по недавнему исследованию, менее 3% работают на последней прошивке. Возможно, регуляторам придётся требовать изменений, но они могут влиять лишь на свою часть сети, поэтому в итоге потребуется глобальная координация.
