UPS-y wyjaśniają minutowe spadki częstotliwości w sieciach energetycznych
Spis treści
Naukowcy rozwiązali zagadkę drobnych spadków częstotliwości, które co minutę pojawiały się w sieciach energetycznych na różnych kontynentach. Jak wynika z badania opublikowanego w Nature Energy, źródłem problemu jest synchroniczna praca cyfrowo sterowanych urządzeń, przede wszystkim bateryjnych zasilaczy awaryjnych UPS.
Każdy pojedynczy UPS powoduje tylko chwilowe, niemal niezauważalne zaburzenie. Problem zaczyna się wtedy, gdy tysiące urządzeń wykonują tę samą czynność w tej samej sekundzie. Wiele stacjonarnych baterii sprawdza stan naładowania dokładnie na początku każdej minuty, a połączenie z internetem ułatwia synchronizację ich zegarów.
Dlaczego sieć reaguje na mały impuls?
Sieć pracuje stabilnie wtedy, gdy jej częstotliwość pozostaje blisko wartości nominalnej. W Europie jest to 50 Hz. Krótkie odchylenia są normalne, lecz ich skala zależy między innymi od bezwładności systemu, bieżącego obciążenia i dostępnej regulacji częstotliwości.
Badacze początkowo sprawdzali hipotezę, że za regularne oscylacje odpowiada rezonans w elektrowniach wodnych. Model potrafił odtworzyć sygnał o okresie jednej minuty, ale nie wyjaśniał, dlaczego zaburzenie utrzymywało się tak długo. Przełom przyniosły pomiary z ponad 80 liczników jakości energii rozmieszczonych na kampusie Forschungszentrum Jülich. Ten sam minutowy wzór pojawił się przy transformatorze współpracującym z magazynem baterii.
Irlandia pokazała skalę zjawiska
Najmocniejszy sygnał badacze znaleźli w irlandzkiej sieci. Amplituda minutowego spadku częstotliwości wzrosła tam z około 3 mHz w 2016 r. do 12 mHz w 2021 r., a pojedyncze przypadki przekraczały 20 mHz. Zbiega się to z szybkim rozwojem centrów danych, które korzystają z dużych flot UPS-ów.
Skala tego obciążenia jest istotna także poza samym eksperymentem. Według irlandzkiego Central Statistics Office centra danych odpowiadały za 18% zmierzonego zużycia energii elektrycznej w 2022 r. i 21% w 2023 r. Nie oznacza to, że każdy UPS samodzielnie zagraża sieci. Oznacza jednak, że zsynchronizowane impulsy mogą nakładać się na inne wahania i zmniejszać margines bezpieczeństwa operatora.
Prosta poprawka w oprogramowaniu
Najbardziej oczywistym rozwiązaniem jest rozproszenie kontroli stanu baterii w czasie. Zamiast uruchamiać ją dokładnie co minutę, producenci UPS-ów i magazynów energii mogą dodać niewielką losowość do harmonogramu. Wtedy urządzenia nadal wykonują tę samą funkcję, ale ich pobór mocy nie kumuluje się w jednym momencie.
To ważna lekcja dla rozwijającego się internetu rzeczy. Podobne okresowe wahania wykryto również w innych urządzeniach sterowanych programowo. Wraz ze wzrostem liczby baterii, falowników i inteligentnych odbiorników operatorzy sieci będą musieli uwzględniać nie tylko moc urządzeń, lecz także ich zegary i harmonogramy działania.
Źródła
Autor Artykułu
Kamil Rogowski
Kamil Rogowski - to pasjonat technologii i sprzętu komputerowego, który od lat śledzi rozwój PC, podzespołów i gamingu. Na pcarena.pl dzieli się testami, opiniami oraz praktycznymi poradami, pomagając czytelnikom wybrać najlepszy sprzęt do pracy i rozrywki. Jego artykuły łączą wiedzę techniczną z lekkim, przystępnym stylem.