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电力系统最小惯性常数解析

news 来源：原创 2025/6/23 21:06:51
1. 什么是惯性常数？

电力系统的惯性常数（Inertia Constant）可以理解为系统抵抗频率突变的能力，类似于“惯性”。传统电力系统中，同步发电机（如火电厂）的旋转部件（如涡轮、转子）在运行时储存了动能。当电网发生功率扰动（如负荷突增或发电骤减）时，这些旋转部件的动能会通过转速变化释放，减缓频率波动，防止系统崩溃。惯性常数越大，系统“惯性”越强，频率波动越平缓。

2. 为什么需要“最小惯性常数”？

随着新能源（如风电、光伏）大量替代传统火电，电力系统的惯性显著降低。因为风电和光伏没有旋转部件，无法提供天然惯性。如果系统惯性过低，一旦发生扰动（如大功率缺失），频率会快速跌落，可能导致保护装置误动作，引发停电事故。因此，最小惯性常数是指维持系统频率稳定所需的最低惯性水平。

关键影响因素

  1. 新能源渗透率：新能源占比越高，系统惯性越低，最小惯性需求越严格。

  2. 调频资源：储能、负荷侧响应（如异步电机）等可提供“虚拟惯性”，但响应速度和容量有限。

  3. 频率安全指标：

    • 频率变化率（RoCoF）：扰动瞬间频率变化的快慢，需限制在安全阈值内。

    • 最大频率偏差：频率跌落的深度，如不能超过±0.5 Hz。

如何评估最小惯性需求？

  1. 建模与仿真：

    • 建立包含传统火电、风电、储能、负荷的频率响应模型，分析不同扰动下的频率动态。

    • 例如，通过传递函数描述火电、风电调频的动态特性，并结合粒子群算法优化参数。

  2. 双重约束法：

    • 基于频率变化率（RoCoF）和最大频率偏差两个指标，分别计算所需的最小惯性常数，取两者最大值作为最终需求。

  3. 场景化分析：

    • 考虑不同时段（如高峰、低谷）、不同新能源出力场景，动态评估惯性需求。

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