Исследователи из Forschungszentrum Jülich в Германии обнаружили причину загадочных колебаний частоты, которые возникают в энергосистемах по всему миру каждые 60 секунд. На протяжении лет эти микроскопические отклонения фиксировались от Австралии до Европы, вызывая беспокойство операторов передающих сетей. Длительный анализ показал, что источником проблемы являются не технические неисправности на электростанциях, а программные алгоритмы систем бесперебойного питания, которые одновременно инициируют проверку состояния заряда аккумуляторов во всех подключенных устройствах одновременно.
Для идентификации источника аномалий команда исследователей установила более 80 интеллектуальных измерителей качества энергии на территории своего кампуса. Устройства фиксировали частоту, напряжение и ток каждые 3 секунды, сравнивая данные с трансформаторов и систем накопления энергии. Результаты эксперимента подтвердили, что именно автоматизированные процессы проверки в батарейных системах, которые имеют синхронизированные через сеть интернет внутренние часы, создают идентичные по времени нагрузки на электрическую сеть.
Масштаб проблемы стал очевидным на примере энергосистемы Ирландии, где доля потребления электроэнергии центрами обработки данных достигла 18 процентов к 2022 году. Каждый такой центр использует большое количество систем бесперебойного питания, что привело к росту амплитуды частотных колебаний с 3 миллигерц в 2016 году до 12 миллигерц в 2021 году. Некоторые зафиксированные скачки в последнее время превышают 20 миллигерц, что приближает стабильность сети к критическим пределам при совокупной нагрузке.
Чтобы устранить регулярные частотные просадки без замены оборудования, специалисты предлагают производителям систем бесперебойного питания внедрить программную рандомизацию времени опроса состояния аккумуляторов. Вместо выполнения проверки ровно в начале каждой минуты, программное обеспечение должно добавлять случайный временной сдвиг для каждого устройства. Это позволит распределить нагрузку на сеть во времени, предотвращая возникновение синхронных пиковых потреблений, которые негативно влияют на стабильность частоты энергосистемы.
Кроме систем бесперебойного питания, исследователи выявили аналогичные периодические колебания в работе устройств интернета вещей, включая умные бытовые приборы и вычислительные кластеры на базе одноплатных компьютеров. Решение проблемы для этих устройств заключается в установке обновленного программного обеспечения, однако сложность заключается в низкой скорости обновления прошивок пользователями. Согласно исследованиям, менее 3 процентов всех устройств интернета вещей работают на актуальных версиях программного обеспечения.
На данном этапе ситуация требует вмешательства регуляторов, поскольку добровольные действия производителей не гарантируют глобального охвата проблемы. Поскольку сети объединены международными стандартами, локальные ограничения могут оказаться недостаточными для полного устранения резонансных явлений. Учитывая тенденцию к постоянному росту количества подключенных к сети устройств, без внедрения глобальных требований к алгоритмам синхронизации, зафиксированные колебания частоты могут сохраняться в течение многих лет, создавая дополнительное давление на инфраструктуру.
