การตอบสนองแบบเฉื่อยเป็นคุณสมบัติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส ขนาดใหญ่ ซึ่งประกอบด้วยมวลหมุนแบบซิงโครนัสขนาดใหญ่ และทำหน้าที่เอาชนะความไม่สมดุลในทันทีระหว่างการจ่ายพลังงานและความต้องการพลังงานสำหรับระบบไฟฟ้า โดยทั่วไปคือโครงข่ายไฟฟ้าเนื่องจากความไม่สมดุลของพลังงานที่มีอยู่ตลอดเวลาระหว่างการจ่ายพลังงานเชิงกลและความต้องการพลังงานไฟฟ้าความถี่การหมุนของมวลหมุนในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสทั้งหมดในโครงข่ายจะเร็วขึ้นและดูดซับพลังงานส่วนเกินในกรณีที่มีการจ่ายพลังงานมากเกินไป หรือช้าลงและให้พลังงานเพิ่มเติมในกรณีที่มีความต้องการพลังงานมากเกินไป การตอบสนองนี้ในกรณีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสถูกสร้างขึ้นในการออกแบบและเกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงหรือการประสานงานภายนอก ทำให้การควบคุมการผลิตอัตโนมัติและผู้ควบคุมโครงข่ายมีเวลาอันมีค่า (ไม่กี่วินาที) ในการปรับสมดุลระบบ^{[ 1 ]}ความถี่ของโครงข่ายเป็นผลรวมของการเคลื่อนที่โดยละเอียดของโรเตอร์แบบซิงโครนัสแต่ละตัวในโครงข่าย ซึ่งจำลองโดยสมการการเคลื่อนที่ทั่วไปที่เรียกว่าสมการการแกว่ง

ในระบบไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา ผู้ควบคุมโครงข่ายไฟฟ้ามีหน้าที่ต้องรักษาความถี่ให้อยู่ในขอบเขตที่จำกัด และอาจต้องรับผิดชอบทางการเงินหากการตรวจสอบโดยNorth American Electric Reliability Corporationตรวจพบการไม่ปฏิบัติตาม นอกจากนี้ เพื่อเป็นการป้องกันอุปกรณ์ ส่วนหนึ่งของโหลดจะถูกตัดการเชื่อมต่อ (" การตัดโหลด เมื่อความถี่ต่ำ " หรือ UFLS) หากความถี่ลดลงต่ำกว่าขีดจำกัด (59.5 Hz ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกา 59.3 Hz ในรัฐเท็กซัส) ^{[ 2 ]}เมื่อเกิดการหยุดชะงักของแหล่งจ่ายไฟโดยไม่คาดคิด (เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขัดข้อง) การตอบสนองความถี่ หลัก จะทำงานโดยอัตโนมัติ - เซ็นเซอร์จะตรวจจับความถี่ที่ต่ำลงและปรับกำลังของตัวขับเคลื่อนหลักตามนั้น สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสทั่วไป การปรับนี้เกี่ยวข้องกับการจัดการอุปกรณ์ทางกล (วาล์ว ฯลฯ) และจึงต้องใช้เวลา ในระหว่างนี้ โครงข่ายไฟฟ้าต้องอาศัยความเฉื่อยที่สะสมไว้เพื่อชะลอการลดลงของความถี่^{[ 3 ]}

ความเฉื่อยสามารถวัดได้ในหน่วยผลคูณกำลัง-เวลา (เช่น กิกะวัตต์ -วินาที) ^{[ 4 ]}แต่มักจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานตาม "ขนาด" (กำลังไฟฟ้าที่กำหนด) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และด้วยเหตุนี้จึงสามารถอธิบายได้ในหน่วยของเวลา (เรียกว่าค่าคงที่ความเฉื่อยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า^{[ 5 ]} ) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่หมุนเร็วขึ้นอาจเก็บพลังงานจลน์(เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่ในการหมุน) แต่โดยทั่วไปจะมีน้ำหนักเบากว่าและจึงชะลอตัวได้เร็วกว่า ทำให้มีการฉีดพลังงานมากขึ้นในช่วงต้นของการตอบสนอง ("การโหลดด้านหน้า") เมื่อเทียบกับเครื่องจักรที่หมุนช้ากว่าและหนักกว่า ซึ่งไม่จำเป็นต้องดีกว่าเสมอไปเนื่องจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนต่างๆ ของโครงข่ายไฟฟ้าที่อาจทำให้เกิด "การกระเพื่อม" และความไม่เสถียร ^{[ 6 ]}โรงไฟฟ้าทั่วไปมีค่าคงที่ความเฉื่อยตั้งแต่ 2 วินาที (พลังงานน้ำ) ถึง 7 วินาที (กังหันก๊าซ) ^{[ 5 ]}เนื่องจากความเร็วในการหมุนและพลังงานจลน์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสไม่ได้ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานปัจจุบัน ความเฉื่อยของโครงข่ายไฟฟ้าโดยรวม (ความเฉื่อยของระบบทั้งหมด,TSI) จึงเกี่ยวข้องกับค่าคงที่ความเฉื่อยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กำลังทำงาน ^{[ 7 ]}ในช่วงเวลาที่ความต้องการพลังงานต่ำ (เช่น ในเวลากลางคืน) อาจมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานน้อยลง ดังนั้นเหตุการณ์ฉุกเฉินอาจจัดการได้ยากขึ้น ^{[ 8 ]}

โหลดไฟฟ้าอาจมีลักษณะเหมือนความเฉื่อย ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ไฟฟ้าอุตสาหกรรมทั่วไปใช้พลังงานน้อยลงที่ความถี่ต่ำ ทำให้ระบบมีความเฉื่อยเล็กน้อยแต่สังเกตได้^{[ 9 ]}ผลกระทบนี้กำลังลดลงเนื่องจากการเปลี่ยนไปใช้การควบคุมความเร็วแปรผันที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพซึ่งมีการตอบสนองที่เหมือนความเฉื่อยน้อยลงมาก

การตัดการเชื่อมต่อโหลด ULFS จะลดความต้องการพลังงานลง ทำให้การลดลงของความถี่ช้าลง ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มปริมาณความเฉื่อย^{[ 10 ]}

จนกระทั่งถึงศตวรรษที่ 21 ความเฉื่อยแบบดั้งเดิมที่รวมกับการตอบสนองความถี่หลักถือว่าเพียงพอที่จะบรรลุความน่าเชื่อถือตามเป้าหมายของโครงข่ายไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา^{[ 11 ]}การแทรกซึมสูงของพลังงานหมุนเวียนแปรผัน (VRE) ก่อให้เกิดความท้าทายใหม่ๆ^{[ 12 ]}

• โดยทั่วไปแล้วลมจะแรงกว่าในเวลากลางคืน ดังนั้นผลกระทบจากความต้องการใช้ไฟฟ้าที่ต่ำลง ซึ่งส่งผลให้จำนวนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่ใช้งานอยู่ลดลง จึงยิ่งรุนแรงขึ้น
• โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนแบบแปรผัน (VRE) มักไม่มีมวลหมุน (เช่น พลังงานแสงอาทิตย์) หรือการออกแบบไม่ได้เชื่อมต่อทางกลไฟฟ้ากับส่วนที่เหลือของโครงข่ายไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า VRE ทั่วไปจะเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าผ่านอินเวอร์เตอร์ (ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้จึงมักเรียกว่าแหล่งพลังงานแบบใช้อินเวอร์เตอร์ ) และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถเพิ่มแรงเฉื่อยให้กับระบบได้ในลักษณะเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส

ดังนั้นจึงมีการนำทางเลือกอื่นนอกเหนือจากความเฉื่อยแบบดั้งเดิมมาใช้ และในช่วงทศวรรษ 2020 เท็กซัส ( ERCOT ) ได้ก้าวขึ้นเป็นผู้นำในสหรัฐอเมริกาเนื่องจาก การใช้ พลังงานลม ที่สูงกว่า (เกือบสองเท่าของWestern Interconnection , WI) และขนาดที่ค่อนข้างเล็กทำให้เหตุการณ์ฉุกเฉินมีขนาดใหญ่ขึ้นในแง่ของเปอร์เซ็นต์ (ความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวอาจใช้พลังงานเทียบเท่ากับ 6.4% ของโหลดเฉลี่ย เมื่อเทียบกับ 2.6% สำหรับ WI และ 1.3% สำหรับEastern Interconnection ) ^{[ 13 ]}

การตัดการเชื่อมต่อโหลดสามารถทำได้อย่างรวดเร็วมาก (ครึ่งวินาที รวมทั้งการวัดความถี่) ^{[ 18 ]}ทรัพยากรแบบอินเวอร์เตอร์ (IBR) หากไม่ได้ทำงานที่กำลังไฟที่มีอยู่เต็มที่ ก็สามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้อย่างรวดเร็วมาก (25% ต่อวินาทีสำหรับพลังงานลม 100% ต่อวินาทีสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์) ^{[ 20 ]}สามารถดึงพลังงานจลน์จำนวนจำกัดจากกังหันลมได้ ซึ่งให้กำลังการผลิตเพิ่มอีก 10% เป็นเวลาประมาณครึ่งวินาที (หลังจากหน่วงเวลาครึ่งวินาที) ^{[ 21 ]}นอกจากนี้ ช่วงเวลาที่มีกำลังการผลิต IBR สำรองจำนวนมากจะตรงกับช่วงเวลาที่ความเฉื่อยแบบดั้งเดิมอยู่ในระดับต่ำที่สุดเนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสจำนวนมากออฟไลน์ ประโยชน์เหล่านี้ของเทคโนโลยีใหม่ช่วยให้สามารถนำการตอบสนองความถี่ที่รวดเร็ว (FFR) มาใช้ ซึ่งเป็นการควบคุมความถี่โดยใช้การจ่าย IBR และการตัดการเชื่อมต่อโหลดเพื่อให้ได้เวลาตอบสนองที่คล้ายกับความเฉื่อย ดังนั้นชื่อเรียกอีกอย่างของ FFR คือความเฉื่อยสังเคราะห์^{[ 20 ]} (Eriksson et al. เสนอให้ใช้คำว่า "ความเฉื่อยสังเคราะห์" สำหรับหน่วยที่ตอบสนองตามสัดส่วนของอัตราการเปลี่ยนแปลงของความถี่และสงวน FFR ไว้สำหรับหน่วยที่ตอบสนองต่อผลกระทบของความเฉื่อยที่ไม่เพียงพอ เช่น การเบี่ยงเบนความถี่^{[ 22 ]} )

เมื่อความถี่ของกริดสูงหรือต่ำเกินไป การไหลของพลังงานแอคทีฟผ่าน ลิงก์ กระแสตรงแรงดันสูงจะลดลงหรือเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันการผลิตพลังงานลมจะเพิ่มหรือลดมุมใบพัดเพื่อลดหรือเพิ่มพลังงานลมที่ดักจับได้ผ่านการควบคุมมุมใบพัด^{[ 23 ]}

แบตเตอรี่ขนาดใหญ่สามารถมีส่วนร่วมใน FFR ได้ด้วยอัตราเร่ง 100% ต่อวินาที^{[ 24 ]}

• NERC (11 พฤษภาคม 2021). การปรับสมดุลและการควบคุมความถี่ (PDF) . บรรษัทความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้าแห่งอเมริกาเหนือ . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 17 มกราคม 2024. เรียกดูเมื่อวันที่ 28 ตุลาคม 2022 .
• เดนโฮล์ม, พอล; ไม, ทรีอู; เคนยอน, ริค วอลเลซ; โครโปสกี, เบน; โอ'มัลลีย์, มาร์ค (2020). ความเฉื่อยและโครงข่ายไฟฟ้า: คู่มือที่ปราศจากอคติ (PDF) . ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ .
• Eriksson, Robert; Modig, Niklas; Elkington, Katherine (14 พฤศจิกายน 2017). "ความเฉื่อยสังเคราะห์เทียบกับการตอบสนองความถี่เร็ว: คำจำกัดความ" . IET Renewable Power Generation . 12 (5): 507– 514. doi : 10.1049/iet-rpg.2017.0370 . eISSN 1752-1424 . ISSN 1752-1416 . S2CID 117501676 .