Por Canuto  

Investigadores atribuyen las caídas de frecuencia que aparecen cada minuto en redes de varios continentes a las comprobaciones sincronizadas de baterías y sistemas UPS. El fenómeno suele ser pequeño, pero podría sumar presión cuando la red ya enfrenta otras perturbaciones.
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  • El equipo de Dirk Witthaut halló que las comprobaciones periódicas de baterías estacionarias y sistemas UPS pueden generar fluctuaciones en la red.
  • En Irlanda, donde los centros de datos representaban el 18% de la electricidad consumida en 2022, la caída periódica de frecuencia creció de 3 mHz en 2016 a 12 mHz en 2021.
  • Los investigadores recomiendan aleatorizar los horarios de revisión y advierten que dispositivos IoT también pueden producir fluctuaciones periódicas.

Una caída de frecuencia que se repite cada 60 segundos en redes eléctricas de distintos continentes parecía demasiado puntual para ser una oscilación habitual. Tras años de análisis, un equipo dirigido por Dirk Witthaut, investigador del Forschungszentrum Jülich, en Alemania, atribuyó el patrón a las comprobaciones periódicas de baterías estacionarias y sistemas de alimentación ininterrumpida, conocidos como UPS, que se realizan al mismo tiempo.

El mayor operador de transmisión alemán, TenneT Germany, llevó el enigma ante Witthaut, cuyo grupo examinó primero una causa conocida: las vibraciones de las turbinas hidroeléctricas. Sin embargo, las mediciones y los modelos condujeron a otra explicación, relacionada con dispositivos conectados a internet y sus relojes sincronizados. La perturbación no suele ser grande, aunque puede añadir presión a una red que ya enfrenta otras variaciones.

Una anomalía demasiado puntual para ignorarla

La frecuencia eléctrica debe mantenerse dentro de un rango para que la red funcione de forma ordenada. Si sus oscilaciones crecen demasiado, o si los operadores desconocen su origen y responden de manera inadecuada, el sistema puede quedar expuesto a apagones; incluso sin una interrupción del servicio, las oscilaciones sin control pueden dañar equipos de centrales eléctricas, en particular turbinas hidroeléctricas.

Las fluctuaciones examinadas por el equipo pertenecen a las llamadas oscilaciones de ultra baja frecuencia, o UFLO por sus siglas en inglés. Las turbinas hidroeléctricas han sido históricamente una fuente importante de este tipo de fenómeno: cada una vibra y, cuando esa vibración coincide con una frecuencia de resonancia, la energía puede amplificarse hasta niveles potencialmente peligrosos.

La resonancia ayuda a explicar por qué una oscilación pequeña puede adquirir fuerza cuando coincide repetidamente con el ritmo propio de un sistema. Witthaut y sus colegas probaron primero la hipótesis hidroeléctrica mediante un modelo computacional de un sistema de control de una central en la red escandinava, y encontraron condiciones capaces de producir una resonancia que alcanzaba su punto máximo una vez por minuto.

Ese resultado, sin embargo, no aclaraba por qué la caída aparecía con tanta regularidad durante periodos prolongados, ya que las resonancias mecánicas suelen aparecer y desaparecer. El patrón se observaba desde Europa hasta Australia, Estados Unidos y Malasia, siempre con una periodicidad que llevó al equipo a considerar que debía existir un mecanismo con una referencia horaria precisa, en lugar de una causa que variara espontáneamente.

Las mediciones señalaron a las baterías y los UPS

Para investigar esa pista, el grupo instaló más de 80 medidores de calidad de energía en el campus de Forschungszentrum Jülich. El lugar ofrecía una combinación útil para el análisis: líneas de distribución de media y baja tensión, transformadores, paneles solares, almacenamiento en baterías que funciona como UPS y equipos informáticos de alto rendimiento, además de computadoras de oficina conectadas a unidades de respaldo más pequeñas.

Los medidores registraban frecuencia, voltaje, corriente y potencia una vez cada tres segundos. En los datos del transformador conectado al sistema de almacenamiento en baterías, el equipo encontró un pico cada minuto, con el mismo ritmo observado en redes de mayor tamaño; la coincidencia orientó la investigación hacia una rutina de los equipos de respaldo, en vez de las turbinas que habían examinado inicialmente.

La explicación fue que muchas baterías estacionarias, desde los UPS de centros de datos hasta los sistemas de almacenamiento a escala de red, verifican su estado de carga cada minuto. Como estos dispositivos se conectan a internet, sus relojes quedan casi perfectamente sincronizados, por lo que sus revisiones pueden ocurrir al mismo tiempo y producir pequeñas perturbaciones coincidentes en la red.

Una revisión individual resulta imperceptible en el conjunto del sistema eléctrico, pero la suma de muchas unidades que actúan en sincronía puede dejar una señal medible. Para contrastar esa hipótesis con datos de operadores, el grupo examinó la red de Irlanda, donde los centros de datos habían alcanzado una fracción significativa de la demanda eléctrica nacional.

Irlanda muestra cómo puede crecer el efecto

En 2022, los centros de datos representaban el 18% de la electricidad consumida en Irlanda, y cada instalación contaba con una flota de UPS. Entre 2016 y 2021, la caída de frecuencia registrada cada minuto se cuadruplicó: pasó de 3 milihercios, o mHz, a 12 mHz, según el análisis descrito por TechCrunch.

Más recientemente, algunas de esas caídas superaron los 20 mHz. La red irlandesa opera a 50 Hz y está diseñada para soportar variaciones de hasta más o menos 200 mHz, aunque el operador preferiría mantenerlas dentro de 100 mHz; por eso, una fluctuación de 20 mHz no resulta grande por sí sola frente a esos márgenes.

El riesgo que plantean los investigadores depende de la interacción con otras cargas y perturbaciones, no de que cada revisión de batería provoque por sí misma un apagón. Si otros factores ya empujan la frecuencia hacia abajo, el impulso adicional de numerosos UPS que verifican su carga al mismo tiempo podría acercar la red a condiciones de mayor tensión, una posibilidad que vuelve relevante incluso una señal pequeña.

El caso irlandés también ofrece un indicio sobre cómo la expansión de cargas concentradas puede hacer más visible una rutina que antes pasaba inadvertida. La información disponible no atribuye todo el crecimiento de las caídas a los centros de datos, pero destaca que el aumento de su participación en la red coincidió con una mayor magnitud de la perturbación periódica y con el uso generalizado de flotas de respaldo en esas instalaciones.

Una solución de software y un desafío de coordinación

La medida propuesta por Witthaut y su equipo consiste en evitar que todos los dispositivos revisen su estado de carga exactamente al cambio de minuto. Los fabricantes de UPS y de baterías a escala de red podrían introducir aleatoriedad en los horarios, de modo que las comprobaciones se distribuyan en el tiempo y no se acumulen en un mismo instante.

Los investigadores también encontraron fluctuaciones periódicas de energía en dispositivos de internet de las cosas, entre ellos un horno inteligente y grupos de Raspberry Pi. En esos casos, la solución también podría consistir en un cambio de software, aunque el estudio reciente citado en la nota señala que menos del 3% de los dispositivos IoT ejecuta el firmware más reciente, un dato que apunta a dificultades para actualizar equipos ya desplegados.

La posibilidad de que el fenómeno continúe no se limita a los UPS que hoy concentran la atención del equipo. Si otros dispositivos conectados repiten acciones de consumo siguiendo relojes sincronizados, podrían contribuir a patrones periódicos; por eso, la respuesta propuesta combina cambios en la programación de las baterías con atención a la operación de equipos IoT.

Los reguladores podrían intervenir para exigir modificaciones, pero cada autoridad solo puede actuar sobre una parte de la red, mientras el patrón aparece en distintos países y continentes. TechCrunch presentó el hallazgo como un misterio resuelto, aunque la solución técnica no garantiza que los fabricantes, operadores y reguladores adopten cambios de manera uniforme; según los investigadores, el problema podría persistir durante años si no hay coordinación más amplia.


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