电力系统惯性与惯量关系解析

电力系统中的惯性和惯量密切相关，但概念上有所区别：

1. 惯性（Inertia）

• 定义：电力系统的惯性指系统在功率失衡时抵抗频率变化的能力。当负荷或发电量突变时，系统中同步发电机转子的旋转动能会释放或吸收能量，减缓频率变化速度。

• 作用：惯性是维持暂态频率稳定的关键，尤其在扰动初期（如发电机脱网、大负荷投切），其强弱直接影响频率跌落或上升的速率。

2. 惯量（Inertia Constant）

• 定义：通常用惯性常数 H 量化惯性，单位为秒。其定义为同步发电机转子存储的动能与其额定容量的比值：

  

  例如，H=5 s表示发电机在额定功率下可单独维持系统运行5秒。

• 系统总惯量：整个系统的等效惯量由所有同步发电机的 H 值和额定容量加权求和得出，反映系统整体惯性水平。

3. 关系与区别

• 惯性是动态特性，描述系统对抗频率变化的能力；惯量（H）是量化指标，用于具体计算和分析。

• 新能源的影响：风电、光伏等通过电力电子设备并网，缺乏旋转质量，不贡献惯性。其比例增加会降低系统总惯量，削弱惯性，需通过虚拟惯性控制或储能补偿。

4. 工程意义

• 频率稳定性：高惯量系统在扰动后频率变化较慢，为备用电源响应争取时间。

• 规划与运行：需评估系统惯量以设计合理的频率控制策略，尤其在低惯量系统中需引入快速调频资源。

总结：惯性是电力系统维持频率稳定的能力，惯量（H）是其量化参数。惯量越大，惯性越强，系统频率越稳定。随着能源转型，惯量下降成为挑战，需技术创新以维持系统可靠性。