この記事は後半です。前半は Qiita にあります: 12の電力網で見えた「1分の拍動」――時計同期が電力系統に混ざるまで
研究チームが疑ったのは、自然に鳴る振動ではありません。1分というきれいすぎる周期は、どう見ても外から与えられた時刻に近い。Nature Energy の論文が示したのは、その直感が当たっていたという事実です。問題の中心にいたのは、時計同期された制御ソフトを持つデジタル機器、とくにバッテリー式UPSと蓄電システムでした。
画像: techxplore.com より
Jülich のキャンパスでは、80か所に計測点を置いて実機を追っています。同じ周期的な消費パターンが出たのは、大型のバッテリー蓄電でUPSを構成している地点でした。そのうち1台を詳しく見ると、毎分の冒頭に電力消費が跳ねていた。メーカーは、周期的なバッテリー管理の自己点検がこのピークを生むことを認めています。しかもその波は、機器の内部だけで終わりません。変圧器や母線を通り、公共系統との接続点まで伝わる。局所の自己診断が、系統では周波数の小さなへこみとして現れるわけです。ここで大事なのは、単発の大きな負荷ではなく、同じ時刻に重なる小さな負荷だということです。
Grid Perspective の解説では、研究チームはUPSをネットワーク時刻同期の有効・無効の両方で動かして調べ、内部のスケジュールと外部の時計同期の両方が効いていると見ています。設置場所によってタイミングの振る舞いも違っていました。そして研究者は、拘束力のある標準がないなかで、多くのメーカーが60秒を妥当な間隔として選んだのではないかと推測しています。そこに時計同期が乗ると、ばらばらなはずの装置が同じ拍で動いてしまう。
画像: gridperspective.com より
この研究は、「すべての1分周期の原因がUPSだ」と断定してはいません。そこはかなり慎重です。自然由来の振動や電力取引の影響、再エネの変動ももちろん残る。論文が言っているのは、観測された世界共通の1分成分について、少なくとも有力な説明として同期した制御ソフトを示せた、ということです。
強みは、発電側の理屈だけでなく、負荷側のソフトウェアを突き止めた点にあります。しかも波形は、送電レベルと配電レベルの両方にまたがって観測されています。これは「どこか一地点の癖」では済まない。広く同じ種類の装置が入っているからこそ、系統全体の観測量に乗ってきたと考えるのが自然です。
一方で限界もはっきりしています。調査できたのはあくまで一部の実機と一部の系統です。世界12の電力網で同じ1分成分が見えたとしても、各地域でまったく同じ実装が原因とは限らない。論文が「一般的な性質」として述べているのは、外部時刻に従うデジタル機器は同じ問題を起こしうる、という範囲です。原因の型は示せても、世界の全例を一つの装置に還元するのは無理があります。
ここは読み違えやすいところです。TechXplore は、この現象が安全性を脅かす段階には達していないと伝えています。つまり、ブラックアウトの前兆だと騒ぐ話ではありません。とはいえ、無視できる話でもない。周波数の小さな上下は、発電機や水力タービンに繰り返し応答を強います。
Helmholtz の2018年の解説でも、50Hzからのずれは敏感な機器に影響し、再エネの変動だけでなく電力取引のタイミングでも揺れが大きくなると説明されていました。今回の研究は、その「揺れ」の中に、時計に従う制御ソフトの足音が混ざっていたと示した形です。耳を澄ますと、発電所だけでなく、IT設備や蓄電設備の運用癖まで聞こえてくる。
実際、TechXplore（Jülich のプレスリリース）では、大型蓄電を備えたデータセンターが電力需要の約5分の1を占めるアイルランドで、1分信号の振幅が2016年から2021年にかけて4倍になったと紹介されています。数字の意味はともかく、増え方が問題です。装置が増えるほど、同期の癖は系統に残りやすい。低慣性化した電力網ほど、同じ電力の揺れが周波数に出やすい。
この話を読んで真っ先に思うのは、電力品質の議論にソフトウェアのレビューを入れるべきだ、ということです。UPS、蓄電池、データセンター、IoT機器。どれも単体では善良です。けれど、同じ時刻に同じ自己点検を走らせるだけで、系統に同じ波を作る。だから運用側は、仕様書にある性能値だけで安心しないほうがいい。
対策は派手ではありません。TechXplore と Grid Perspective が述べるように、同時実行を避けるように分散させる。ランダム化する。必要ならイベント駆動に寄せる。要するに、時計に忠実すぎる制御を少し崩すことです。実装は地味でも、効果は大きい。
私なら、新規導入の蓄電設備やUPSを評価するとき、保護性能や冗長性だけでなく、「定期点検の時刻が揃っていないか」を確認します。そこを見落とすと、便利なはずの自動化が、集団では一つの振動源になるからです。
