多年来，全球各地的电网管理者一直被一种神秘的电力异常困扰。每隔60秒，电网频率就会轻微下降一点。

更奇怪的是，这些下挫会在不同国家和大洲的电网中同时出现。

德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）的研究人员 Dirk Witthaut 对这个谜团产生了兴趣。德国最大的输电系统运营商 Tennet Germany 将这一难题交给了他，而经过多年的调查和建模工作，研究人员终于找到了原因。从欧洲到澳大利亚、从美国到马来西亚，同样的模式都出现在数据中。

这种频率下降并非闻所未闻，但它们令人担忧。而且，这种现象出现得如此规律，也让人感觉更加不祥。

平衡电网

电网的有序运行依赖于频率被维持在一定范围内。如果振荡过大，或者电网运营商不知道原因并作出错误反应，就可能导致停电。即便这些下挫不会直接引发停电，如果放任不管，也可能损坏发电厂设备，尤其是水电机组。

水电站历来是所谓超低频振荡（UFLOs）的主要驱动因素。每台涡轮机都会振动，如果这些振动以某种规律出现，也就是共振频率，它们就会被放大，有时甚至达到危险水平。可以把它想成歌剧演唱者高亢的歌声把酒杯震碎——这就是共振。

因此，Witthaut 和团队首先把调查重点放在水电上，这也是最明显的嫌疑对象。他们使用了斯堪的纳维亚电网上一座水电厂控制系统的计算机模型来验证这一假设。

虽然他们确实找到了每分钟会出现一次峰值的共振条件，但仍无法解释为什么这种现象会持续这么久。通常，机械系统中的共振会来来去去，电网上的伴随信号也会如此。但这一次，频率下降却一分钟接一分钟地持续出现，毫无例外。每隔60秒，准时发生。

随后，团队意识到，任何如此精准运作的东西都需要一个时钟。否则，他们该如何解释这种诡异的时间规律？

寻找线索

基于这一假设，研究人员从身边开始排查，在于利希园区周围安装了80多个智能电能质量监测仪。该研究场地配有中压和低压配电线路、变压器、太阳能板以及作为不间断电源（UPS）的电池储能系统。这里还有一套高性能计算机系统，以及由更小型UPS设备供电的普通办公电脑。电能质量监测仪每3秒采样一次频率、电压、电流和功率等多项指标。

不久之后，研究团队就找到了答案。安装在电池储能系统变压器上的测量数据，也像大型电网一样，每分钟出现一次峰值。

事实证明，从数据中心UPS到大型电网级电池，许多固定式电池都会每分钟检查一次荷电状态。由于这些设备都联网，它们的时钟几乎完全同步。每次单独检查电量时，对整个电网的扰动都微乎其微；但当它们同时这样做时，这种扰动就会显现出来。

为了寻找UPS是主要元凶的证据，Witthaut 和团队转而使用电网运营商提供的数据。他们在爱尔兰找到了答案。

在那里，数据中心已发展到消耗该国相当大一部分电力。到2022年，数据中心占爱尔兰电网负荷的18%，而每个设施都配有一整套UPS。果然，在2016年至2021年间，爱尔兰电网每分钟一次的频率下挫幅度从2016年的3毫赫兹（mHz）扩大到2021年的12毫赫兹。最近，一些下挫幅度已超过20毫赫兹。

爱尔兰50赫兹电网的设计可承受正负200毫赫兹的波动，不过电网运营商更希望将波动限制在100毫赫兹以内。在这个范围内，20毫赫兹并不算大，但数据中心并不是电网上的唯一负荷。如果其他负荷也会导致频率下滑，那么每个UPS在检查荷电状态时带来的额外扰动，可能会把电网推向停电边缘。

解决方案

这个问题完全可以避免。Witthaut 和团队建议，UPS和电网级电池制造商不要把荷电状态检查固定在整点，而应在时间安排中加入一定随机性。

虽然目前是UPS在推动这一问题，但这种现象也有可能持续下去。研究人员还测试了物联网设备。在智能烤箱和 Raspberry Pi 集群等不同设备中，他们都检测到了周期性的电力波动。修复方法同样只是一个简单的软件补丁，但许多物联网设备并没有及时更新。最近一项研究发现，运行最新固件的物联网设备占比不到3%。

监管机构或许很快就不得不介入并要求改变，但他们只能处理自己所管辖的那一部分电网。鉴于这一问题具有全球性，最终仍需要全球协调。谜团虽然已经解开，但这个问题可能还会持续多年。