Учёные выяснили причину минутных пульсаций энергосетей по всему миру

На протяжении многих лет в электросетях по всему миру наблюдается странное явление. Каждую минуту они словно «пульсируют»: частота тока слегка отклоняется от нормы, затем возвращается к ней, а спустя 60 секунд цикл повторяется.

Этот эффект обнаружен в нескольких энергосистемах, физически не связанных между собой. Его зафиксировали в континентальной Европе, Великобритании, Скандинавии, Северной Америке, Австралии, Малайзии, Южной Корее и ЮАР, а также в изолированных сетях Ирландии, Исландии и Майорки. При этом форма сигнала остаётся на удивление постоянной на протяжении многих лет.

Точная периодичность сохраняется уже более десяти лет, что указывает на неслучайную природу явления. Однако его причина долгое время оставалась загадкой. Теперь учёные считают, что нашли ответ, который оказался неожиданно прозаичным. Исследование провела команда под руководством физика Дирка Виттаута из Кёльнского университета в Германии, а его результаты опубликованы в журнале Nature Energy.

Некоторые источники бесперебойного питания — резервные системы, применяемые, например, в больницах, дата-центрах и научных учреждениях, — каждую минуту проводят плановую проверку аккумуляторов. Это вызывает небольшие, но поддающиеся измерению всплески потребления электроэнергии.

Работа электросети требует постоянного поддержания баланса: в каждый момент объём выработанной энергии должен примерно соответствовать объёму потребления. Отклонения от этого равновесия влияют на частоту переменного тока, которая в зависимости от региона обычно составляет 50 или 60 герц. Чтобы выяснить причину колебаний, Виттаут и его коллеги изучили результаты высокоточных электрических измерений в зданиях немецкого исследовательского центра Forschungszentrum Jülich.

Закономерность с периодом в 60 секунд обнаружилась в четырёх зданиях, и в каждом из них были установлены источники бесперебойного питания. В исследованных зданиях без таких систем аналогичной картины не наблюдалось.

Более детальный анализ сигналов выявил крошечные всплески тока от аккумуляторов, возникавшие ровно раз в минуту. В одном из зданий учёные проследили вызванные ими колебания по всей электрической инфраструктуре вплоть до точки подключения к общественной высоковольтной сети. Затем производитель подтвердил причину: регулярное самотестирование аккумуляторов, которое автоматически запускает программное обеспечение системы управления.

По всей видимости, ключ к разгадке — синхронизация часов. Цифровые устройства могут сверять внутреннее время с внешними сигналами, поэтому даже независимые системы способны выполнять запланированные операции одновременно.

По отдельности такие проверки почти не влияют на сеть. Но когда достаточно большое число устройств работает синхронно, их совокупное потребление может вызвать измеримые колебания во всей энергосистеме.

Сейчас эти колебания не угрожают стабильности электросетей напрямую. По словам исследователей, они сравнительно малы: их амплитуда обычно составляет лишь несколько миллигерц.

К счастью, решение может быть достаточно простым, по крайней мере для крупных аккумуляторных и резервных систем. Производители могут внести небольшие случайные сдвиги в расписание проверок, чтобы тысячи устройств не выполняли одну и ту же операцию одновременно. Это позволит избежать ежеминутного наложения нагрузки.

Источник