郭洪芹，肖友強(qiáng)，萬(wàn)航羽，吳政聲，李俊杰，王文飛

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650051）

0 前言

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大規(guī)模風(fēng)光電源通過(guò)逆變器并網(wǎng)替代常規(guī)機(jī)組，使系統(tǒng)慣量減小，抗擾動(dòng)能力降低，頻率控制難度加大[1-2]。大區(qū)域之間通過(guò)高壓直流輸電互聯(lián)的異步電網(wǎng)，提升了跨區(qū)域電網(wǎng)的安全性，但各區(qū)域交流電網(wǎng)的支援能力隨之下降，頻率穩(wěn)定性更加突出。應(yīng)對(duì)低慣量電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題，大量學(xué)者開展了多方面研究。例如：電力系統(tǒng)慣性量化評(píng)估技術(shù)、慣量提升技術(shù)[3-4]、基于慣性的新能源電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、新能源通過(guò)驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)-同步發(fā)電機(jī)后并網(wǎng)的新方式[5]；在慣量提升技術(shù)方面，很多學(xué)者開展了虛擬慣量控制技術(shù)研究[6]，但是虛擬慣量本質(zhì)上不是傳統(tǒng)慣量，而是屬于一次調(diào)頻的范疇。文獻(xiàn)[7]從慣量的定義出發(fā)，分析了電力系統(tǒng)慣量與頻率變化的關(guān)系，明確慣性響應(yīng)與一次調(diào)頻的關(guān)系。文獻(xiàn)[8]論述了慣量具有時(shí)空特性，不同母線節(jié)點(diǎn)、不同時(shí)段的慣量不完全相同。文獻(xiàn)[9]分析了電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的等效慣量特性，提出了源荷兩側(cè)慣量特性的系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線快速估計(jì)方法，將轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程線性化，利用擾動(dòng)法計(jì)算系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法，已在國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)規(guī)劃與事故分析中得到了應(yīng)用[10-13]。

本文詳細(xì)開展了電源側(cè)單臺(tái)機(jī)組（水輪發(fā)電機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)電、光伏、同步調(diào)相機(jī)）、負(fù)荷側(cè)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)（同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)）慣量的分析方法，創(chuàng)新論述了負(fù)荷側(cè)等效慣量的分析方法，采用擾動(dòng)法計(jì)算了一個(gè)省級(jí)電網(wǎng)的系統(tǒng)等效慣量、電源側(cè)等效慣量和負(fù)荷側(cè)等效慣量，算例簡(jiǎn)單實(shí)用應(yīng)用價(jià)值大，最后列出了國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)的慣量指標(biāo)，論述了電力系統(tǒng)慣量和一次調(diào)頻的區(qū)別和聯(lián)系，給新型電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行提供指導(dǎo)。

1 電力系統(tǒng)的慣性與慣量

物體保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)稱為慣性。慣性是物體一種固有屬性，表現(xiàn)為物體對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的一種阻抗程度。質(zhì)量m是物體慣性大小的量度，擾動(dòng)源是外力F，阻礙對(duì)象是速度變化率dV/dt，描述方程是牛頓第二定律F=mdV/dt。物體質(zhì)量越大，慣性就越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)難于改變。

慣量是慣性大小的量度，平動(dòng)物體的慣量等于物體的質(zhì)量。慣量的作用效果體現(xiàn)為慣性，慣性的能量來(lái)源為慣量。

1.1 電力系統(tǒng)的慣性

電力系統(tǒng)頻率保持運(yùn)行狀態(tài)不變的性質(zhì)稱為電力系統(tǒng)慣性。電力系統(tǒng)慣性是電力系統(tǒng)的一種固有屬性，表現(xiàn)為系統(tǒng)對(duì)頻率變化的一種阻抗程度，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J是電力系統(tǒng)慣性大小的量度，擾動(dòng)源是不平衡轉(zhuǎn)矩ΔT，阻礙對(duì)象是轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度Ω的變化率，描述方程是轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為JdΩ/dt=ΔT（各量為有名值）。采用標(biāo)幺值形式，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為：

上式TJ、t常同時(shí)采用有名值（s），電氣角頻率ω*、不平衡轉(zhuǎn)矩ΔT*為標(biāo)幺值。

力學(xué)中用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J來(lái)表示慣性大小，工程中常用慣性時(shí)間常數(shù)TJ來(lái)表示慣性大小。

1.2 電力系統(tǒng)的慣量

電力系統(tǒng)的慣量，即電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是指電源側(cè)的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)荷側(cè)的電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。電力系統(tǒng)慣量表現(xiàn)為對(duì)功率擾動(dòng)的抵抗，為頻率變化提供最迅速、最直接的響應(yīng)。電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，擾動(dòng)不容易改變頻率，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性越好。

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：由剛體的幾何形狀和材料密度決定。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，各同步發(fā)電機(jī)按照與擾動(dòng)點(diǎn)同步功率系數(shù)自動(dòng)分配擾動(dòng)功率，再由各自轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程確定頻率的變化。同步發(fā)電機(jī)包括火電、水電、核電、熱電等同步發(fā)電機(jī)組。

電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：電動(dòng)機(jī)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由剛體的幾何形狀和材料密度決定，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算比較簡(jiǎn)單，但拖動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與拖動(dòng)設(shè)備有關(guān)，受到電動(dòng)機(jī)類型繁多、分布廣泛、控制方式的影響，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算難度較大。

電力系統(tǒng)慣量，常用慣性時(shí)間常數(shù)TJ來(lái)衡量，英美國(guó)家常用慣性常數(shù)H，TJ=2H。

2 電源側(cè)單臺(tái)機(jī)組的慣量計(jì)算方法

2.1 利用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行計(jì)算

1）水輪發(fā)電機(jī)組

單臺(tái)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

TJ單臺(tái)機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)為：

式中：飛輪轉(zhuǎn)矩GD2，t·m2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，kg·m2，發(fā)電機(jī)視在額定容量SN，VA，轉(zhuǎn)速n為rpm，機(jī)械角速度Ω，rad/s，慣性時(shí)間常數(shù)TJ，s。水輪機(jī)組常采用式（4）來(lái)計(jì)算。

2）汽輪發(fā)電機(jī)組

汽輪機(jī)組的軸系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如圖1 所示。一般將軸系分成多個(gè)規(guī)則軸段，分別計(jì)算各規(guī)則軸段的慣性時(shí)間常數(shù)，再求和即可。

圖1 某300 MW機(jī)組軸系

第i軸段的結(jié)構(gòu)圖為圖2 所示：

圖2 第i軸段的結(jié)構(gòu)圖

計(jì)算過(guò)程如下：

整個(gè)軸系的慣性時(shí)間常數(shù)：

式中單位：材料密度ρ（噸/米3），第i 段長(zhǎng)度L（米），第i 段的內(nèi)外直徑為D 和d（米），第i 段不規(guī)則部分的附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量mΔR2為噸·米2，m 為噸，第i 段回轉(zhuǎn)直徑Dr 為米，GiDi為噸·米2，TJi為秒，TJ為秒。

3）風(fēng)電機(jī)組

風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要來(lái)自其葉片，葉片的質(zhì)量和尺寸相當(dāng)可觀，例如GE 的12 MW 風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度為107 米。

風(fēng)機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)由式（3）來(lái)計(jì)算。

雖然風(fēng)機(jī)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，主要來(lái)自其葉片，但是風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最大風(fēng)能捕獲的控制模式，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，而不隨電網(wǎng)頻率變化，并且經(jīng)過(guò)變流器并網(wǎng)，更不能響應(yīng)電網(wǎng)頻率擾動(dòng)。因此分析風(fēng)電場(chǎng)外部的動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)，不應(yīng)該考慮該慣量。

4）光伏

光伏沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，且經(jīng)過(guò)變流器并網(wǎng)，因此光伏沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

5）同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)是無(wú)動(dòng)力、不帶機(jī)械負(fù)載、只向電網(wǎng)提供或吸收無(wú)功功率的同步電機(jī)。同步調(diào)相機(jī)的結(jié)構(gòu)基本上與同步電動(dòng)機(jī)相同，經(jīng)常運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)的過(guò)勵(lì)狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大，損耗比較大，發(fā)熱比較嚴(yán)重。用于改善電網(wǎng)功率因數(shù)，維持電網(wǎng)電壓水平。同步調(diào)相機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)由式（3）計(jì)算。

2.2 利用轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能進(jìn)行計(jì)算

式中單位：轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能Ek，焦耳（W·s），額定視在功率SN 為VA，慣性時(shí)間常數(shù)TJ，s。

2.3 電源側(cè)慣性分析算例

1） 某800 MW 水輪機(jī)組的飛輪轉(zhuǎn)矩490000 t·m2，轉(zhuǎn)速71.4 轉(zhuǎn)/分=7.477 rad/s，額定功率因數(shù)0.9。額定容量SN=800×106/0.9 VA，按式（4）得到該水輪機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)為7.7 s。

2）某300 MW 汽輪機(jī)組的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，將整個(gè)軸系分成175 規(guī)則段，每段的內(nèi)徑、外徑、長(zhǎng)度、附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均已知（這些參數(shù)較多，本文未列出）。按照上述汽輪機(jī)軸系各段的質(zhì)量、回轉(zhuǎn)直徑、飛輪轉(zhuǎn)矩、慣性時(shí)間常數(shù)計(jì)算方法，得到該汽輪機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)為8.5 s。

3） 某2 MW 風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量150000 kg·m2，額定功率因數(shù)0.95，額定轉(zhuǎn)速15 轉(zhuǎn)/分。按式（3）計(jì)算得到慣性時(shí)間常數(shù)為0.175 s。計(jì)算可知，風(fēng)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)只有汽輪機(jī)組的2%左右。

4）某300 Mvar 同步調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10000 kg.m2，轉(zhuǎn)速3000 轉(zhuǎn)/ 分，按式（3）計(jì)算得到該同步調(diào)相機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)為3.29 s。

3 負(fù)荷側(cè)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的慣量計(jì)算方法

3.1 同步電動(dòng)機(jī)

電力系統(tǒng)的同步電動(dòng)機(jī)占比較小，主要應(yīng)用于大功率、恒轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)械中，如壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、軋鋼機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組等，可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使它在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

單臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量= 轉(zhuǎn)子慣量+軸系負(fù)載慣量。

1）轉(zhuǎn)子慣量

卡西亞偌夫《凸極同步電動(dòng)機(jī)的計(jì)算》著作中，推薦采用葉列米也夫公式：

式中：GD2為飛輪轉(zhuǎn)矩（噸·米2），Lt為定子鐵心長(zhǎng)度（m），Di為定子內(nèi)徑（m），hm為磁極總高（m，極身和極靴高度之和），b0轉(zhuǎn)子支架邊緣的徑向厚度（m）。

在同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，采用繪圖軟件Solidworks 仿真可以得到同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。

得到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J（kg·m2）后，再用式（3）計(jì)算慣性時(shí)間常數(shù)。

2）軸系負(fù)載慣量

受到同步電動(dòng)機(jī)種類、負(fù)載、控制等因素影響，軸系負(fù)載的慣量計(jì)算難度較大。

3）同步電動(dòng)機(jī)的等效慣量

文獻(xiàn)[9]論證了同步電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)特性方面具有正慣量，在頻率特性方面具有正慣量，在電壓特性方面具有正慣量，結(jié)論是：同步電動(dòng)機(jī)的等效慣量為正慣量。

3.2 異步電動(dòng)機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)是電力系統(tǒng)的主要負(fù)荷，占系統(tǒng)負(fù)載60%左右。

單臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量= 轉(zhuǎn)子慣量+軸系負(fù)載慣量。

轉(zhuǎn)子慣量的計(jì)算比較簡(jiǎn)單，按照式（3）計(jì)算即可。軸系負(fù)載慣量與拖動(dòng)設(shè)備有關(guān)，考慮到異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)量、類型、分布、控制等方面的影響，軸系負(fù)載慣量的計(jì)算幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)[9]論證了異步電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)特性方面具有正慣量；在頻率特性方面不確定；在電壓特性方面不確定；結(jié)論是：異步電動(dòng)機(jī)的等效慣量為不確定（可正可負(fù)），取決于負(fù)荷側(cè)電壓的大小及變化率、電網(wǎng)側(cè)擾動(dòng)位置、擾動(dòng)類型、擾動(dòng)大小、無(wú)功補(bǔ)償、異步電動(dòng)機(jī)物理特性等因素。

3.3 負(fù)荷側(cè)慣性分析算例

1） 某250 kW 同步電動(dòng)機(jī)， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5108.5 kg·m2、轉(zhuǎn)速200 rpm、功率因數(shù)0.95，按式（3）計(jì)算得到慣性時(shí)間常數(shù)8.52 s。

2）某1000 kW 異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量4465 kg·m2、轉(zhuǎn)速495 rpm、功率因數(shù)0.80，按式（3）計(jì)算得到慣性時(shí)間常數(shù)9.60 s。

4 新型電力系統(tǒng)的慣量分析方法

新型電力系統(tǒng)慣量，仍只有電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)提供的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

4.1 電源側(cè)等效慣量

1）同步機(jī)組等效慣量

由式（1），單機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為：

其中ΔTi為第i臺(tái)機(jī)不平衡轉(zhuǎn)矩，TBi為第i臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值。將電源側(cè)等值為一臺(tái)機(jī)，其慣性時(shí)間常數(shù)為TJ，有：

將式（8）代入式（9），再利用TBi=PBi/Ω0，等值機(jī)轉(zhuǎn)矩基準(zhǔn)值TB=∑PBi/Ω0，Ω0為機(jī)械同步角速度，PBi為第i臺(tái)機(jī)的有功功率基準(zhǔn)值?；?jiǎn)后得到：

第i臺(tái)基準(zhǔn)值PBi就是其額定有功PNi，有：

以上各式中，有* 表示標(biāo)幺值，無(wú)* 表示有名值。TJ為同步機(jī)組等效慣性時(shí)間常數(shù)（s），PNi為第i機(jī)的額定有功功率（有名值），TJi為第i機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)（s），n為整個(gè)系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組的開機(jī)臺(tái)數(shù)。

式（10）可知：同步機(jī)組等效慣性時(shí)間常數(shù)為各同步機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)的加權(quán)平均數(shù)，權(quán)系數(shù)為各同步機(jī)組的額定有功功率。

2）電源側(cè)等效慣量

新能源出力為電源側(cè)總出力的k倍（新能源出力占比k，k=0～1）時(shí)，電源側(cè)等效慣性時(shí)間常數(shù)T'J用式（10）來(lái)計(jì)算，只是n 為整個(gè)系統(tǒng)開機(jī)臺(tái)數(shù)，包括同步機(jī)、風(fēng)電和光伏，但風(fēng)電和光伏對(duì)系統(tǒng)不提供慣量，化簡(jiǎn)后得到

可見，電源側(cè)等效慣性時(shí)間常數(shù)，等于同步發(fā)電機(jī)組等效慣性時(shí)間常數(shù)的（1—k）倍，降低了k倍，對(duì)頻率穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定均不利。

4.2 負(fù)荷側(cè)等效慣量

受到負(fù)荷側(cè)同步或異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)量、容量、類型、分布、控制、拖動(dòng)負(fù)載等因素影響，直接計(jì)算負(fù)荷側(cè)等效慣量幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。負(fù)荷側(cè)等效慣量的計(jì)算思路為：

第一步，利用擾動(dòng)方法，計(jì)算系統(tǒng)等效慣量。式（1）不平衡轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值近似等于不平衡功率標(biāo)幺值，則整個(gè)系統(tǒng)等效慣量為：

第二步，計(jì)算負(fù)荷側(cè)等效慣量。負(fù)荷側(cè)等效慣量=系統(tǒng)等效慣量-電源側(cè)等效慣量。

4.3 全系統(tǒng)慣性分析算例

某省級(jí)電網(wǎng)，新能源裝機(jī)占總裝機(jī)20%、出力占總出力6.5%左右，豐大典型方式發(fā)電側(cè)總出力77550 MW、直流異步外送34100 MW，分析該電網(wǎng)的等效慣量。分析方法如下：

第1 步，利用式（6）計(jì)算各臺(tái)同步機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)，再利用式（11）、（12）分別計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)同步機(jī)組、電源側(cè)等效慣性時(shí)間常數(shù)。

第2 步，利用電力系統(tǒng)分析程序BPA，建立潮流文件和穩(wěn)定文件，計(jì)算該省級(jí)電網(wǎng)的潮流。

第3 步，設(shè)置負(fù)荷類型、擾動(dòng)點(diǎn)位置和擾動(dòng)類型、不平衡功率數(shù)值、關(guān)閉直流FLC 的調(diào)節(jié)功能、關(guān)閉機(jī)組勵(lì)磁和調(diào)速器的調(diào)節(jié)功能，進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真，獲得輸出點(diǎn)的頻率變化曲線。

第4 步，確定該頻率曲線的線性段，計(jì)算頻率變化率，利用式（13）計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)等效慣性時(shí)間常數(shù)。

第5 步，計(jì)算負(fù)荷側(cè)等效慣性時(shí)間常數(shù)。

分析結(jié)果：

1）各同步機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)分析結(jié)果為表1 所示，整個(gè)系統(tǒng)同步機(jī)組等效慣性時(shí)間常數(shù)為8.07 s。新能源出力占比k=0.065，按照式（12）得到該電網(wǎng)的電源側(cè)等效慣性時(shí)間常數(shù)為7.54 s。

表1 同步機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)的分布

2）設(shè)置擾動(dòng)跳機(jī)1300 MW，各等效慣量（用慣性時(shí)間常數(shù)表示）計(jì)算見表2。表中數(shù)值“10.26”的計(jì)算見圖3 所示。

表2 擾動(dòng)情況下的系統(tǒng)等效慣量

圖3 100%恒阻抗負(fù)荷，跳機(jī)后系統(tǒng)頻率仿真曲線

分析可知：系統(tǒng)等效慣量、負(fù)荷側(cè)等效慣量在不同負(fù)荷類型情況下是不相同的；新能源出力占比越大，系統(tǒng)等效慣量、負(fù)荷側(cè)等效慣量下降越多；如果動(dòng)態(tài)過(guò)程的電壓變化較小，異步電動(dòng)機(jī)呈現(xiàn)正慣量；該省級(jí)電網(wǎng)常采用50%恒阻抗+50%異步機(jī)負(fù)荷模型，擾動(dòng)情況下系統(tǒng)、電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)的等效慣量分別為8.37 s、7.54 s、0.83 s。

3）負(fù)荷中心一帶三相短路，各等效慣量的計(jì)算見表3。

表3 靠負(fù)荷中心短路的系統(tǒng)等效慣量

分析可知：負(fù)荷中心一帶三相短路，受到電壓下降和頻率的影響，異步電動(dòng)機(jī)的等效慣量呈現(xiàn)負(fù)慣性特性。

4）遠(yuǎn)離負(fù)荷中心三相短路，各等效慣量的計(jì)算見表4。

表4 遠(yuǎn)離負(fù)荷中心短路的系統(tǒng)等效慣量

分析可知：遠(yuǎn)離負(fù)荷中心一帶三相短路，負(fù)荷中心電壓下降不大，異步電動(dòng)機(jī)的等效慣量呈現(xiàn)正慣性特性；各等效慣量計(jì)算值與跳機(jī)擾動(dòng)的計(jì)算結(jié)果差別不大。

5 新型電力系統(tǒng)的慣量評(píng)估指標(biāo)

系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)表征了系統(tǒng)應(yīng)對(duì)功率擾動(dòng)下頻率穩(wěn)定性的強(qiáng)弱，根據(jù)ENTSOE（歐洲電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟）和中國(guó)電科院的研究結(jié)論，電力系統(tǒng)慣量評(píng)估指標(biāo)為表5 所示。

表5 新型電力系統(tǒng)慣量評(píng)估指標(biāo)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)新型電力系統(tǒng)慣量分析方法進(jìn)行了全面系統(tǒng)研究，推導(dǎo)或匯總了多個(gè)慣量計(jì)算公式，提出的負(fù)荷側(cè)等效慣量分析方法簡(jiǎn)單實(shí)用，有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1）新型電力系統(tǒng)的系統(tǒng)等效慣量。利用BPA 或PSASP 分析程序建立潮流和穩(wěn)定文件，進(jìn)行暫態(tài)仿真得到系統(tǒng)等效慣量，它由電源側(cè)等效慣量和負(fù)荷側(cè)等效慣量組成。

2）新型電力系統(tǒng)的電源側(cè)等效慣量。先計(jì)算各同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加權(quán)平均得到同步機(jī)組等效慣量，再根據(jù)新能源出力占比計(jì)算新型電力系統(tǒng)的電源側(cè)等效慣量。

3）新型電力系統(tǒng)的負(fù)荷側(cè)等效慣量。等于系統(tǒng)等效慣量減去電源側(cè)等效慣量。同步電動(dòng)機(jī)具有正慣性特性，異步電動(dòng)機(jī)的等效慣量可正可負(fù)。對(duì)于一個(gè)省級(jí)電網(wǎng)，在負(fù)荷中心短路故障情況下，負(fù)荷側(cè)等效慣量可能為負(fù)。

4）同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻、直流FLC 控制、風(fēng)電光伏有功頻率控制、儲(chǔ)能有功頻率控制，均屬于一次調(diào)頻范疇，未改變系統(tǒng)慣量，只是抵消部分不平衡功率。