과학2026. 11. 9. 오전 4:43 UTC·2 분 소요

전력망 주파수 매분 하락, 원인은 UPS·배터리 충전량 점검

독일 연구진이 전 세계 전력망에서 60초마다 주파수가 떨어지는 원인을 찾았습니다. UPS와 대규모 배터리가 동시에 충전 상태를 확인한 탓입니다.

Rows of server racks and battery backup units in a data center with a power grid frequency graph overlay. — 이미지: TechCrunch

독일 포르슝스첸트룸 율리히(Forschungszentrum Jülich) 연구진이 전 세계 전력망에서 매분 나타나던 주파수 하락의 원인을 밝혀냈습니다. 데이터센터 UPS부터 대형 계통용 배터리까지 고정형 배터리가 매분 정각에 충전 상태(state-of-charge)를 점검하는데, 이 동작이 동시에 겹치면서 전력망에 영향을 줬다는 설명입니다.

시계처럼 정확한 미스터리

전력망 주파수는 60초마다 조금씩 떨어졌고, 이 현상은 여러 국가와 대륙에서 정확히 같은 시각에 나타났습니다. 독일 최대 송전 사업자 Tennet Germany가 연구자 Dirk Witthaut에게 문제를 의뢰하면서 조사가 시작됐습니다. 연구진은 먼저 수력발전의 공진을 의심해 스칸디나비아 전력망의 제어 시스템 모델로 검증했습니다. 1분 주기의 공진 조건은 찾았지만, 왜 계속 지속되는지는 설명하지 못했습니다.

정확한 주기에는 시계가 필요하다고 판단한 연구진은 캠퍼스에 스마트 전력 품질 측정기 80대 이상을 설치해 주파수, 전압, 전류, 전력을 3초마다 측정했습니다. 그 결과 배터리 에너지 저장 시스템에 연결된 변압기에서 매분 같은 정점이 확인됐습니다. 인터넷에 연결된 기기들은 시계가 거의 동기화돼 있어, 한 대의 영향은 미미해도 다수가 함께 작동하면 뚜렷해집니다.

아일랜드 데이터가 뒷받침

아일랜드에서는 2022년 데이터센터가 전력망 부하의 18%를 차지했습니다. 매분 발생하는 주파수 하락 폭은 2016년 3mHz에서 2021년 12mHz로 4배 커졌고, 최근에는 20mHz를 넘는 경우도 있습니다. 50Hz 계통은 ±200mHz 변동을 견디도록 설계됐으며 운영자는 100mHz 이내를 선호합니다. 20mHz 자체는 크지 않지만 다른 부하의 영향과 겹치면 정전 위험을 키울 수 있습니다.

해법과 남은 과제

연구진은 UPS와 계통용 배터리 제조사가 점검 시점에 무작위성을 추가하라고 권고합니다. 스마트 오븐과 Raspberry Pi 클러스터 같은 IoT 기기에서도 주기적 전력 변동이 확인됐습니다. 해결책은 소프트웨어 패치지만 최신 펌웨어를 쓰는 IoT 기기는 3% 미만이라는 연구도 있습니다. 규제 당국의 개입이 필요할 수 있으나 문제가 전 세계적이어서 국제 공조가 요구됩니다.