Zwischen der Wechselstromfrequenz und der Motordrehzahl des Wasserkraftwerks besteht kein direkter Zusammenhang, jedoch ein indirekter.
Unabhängig von der Art der Stromerzeugungsanlage muss diese nach der Stromerzeugung Strom ins Netz einspeisen, d. h. der Generator muss an das Netz angeschlossen werden, um Strom zu erzeugen. Je größer das Stromnetz, desto kleiner die Frequenzschwankung und desto stabiler ist die Frequenz. Die Netzfrequenz hängt ausschließlich davon ab, ob die Wirkleistung ausgeglichen ist. Ist die vom Generator abgegebene Wirkleistung größer als die Wirkleistung des Stroms, erhöht sich die Gesamtfrequenz des Stromnetzes. Umgekehrt.
Der Wirkleistungsausgleich ist ein großes Problem im Stromnetz. Da sich die Stromlast der Verbraucher ständig ändert, muss das Stromnetz jederzeit die Stromerzeugungsleistung und den Lastausgleich sicherstellen. Der wichtigste Nutzen von Wasserkraftwerken im Stromnetz ist die Frequenzregelung. Der Hauptzweck von Großwasserkraft ist die Stromerzeugung. Verglichen mit anderen Kraftwerkstypen haben Wasserkraftwerke inhärente Vorteile bei der Frequenzregelung. Die Wasserturbine kann ihre Drehzahl schnell anpassen, wodurch sich auch die Wirk- und Blindleistung des Generators schnell anpassen lässt, um die Netzlast rasch auszugleichen. Bei Wärmekraftwerken, Kernkraftwerken usw. hingegen dauert die Anpassung der Motorleistung vergleichsweise viel länger. Solange die Wirkleistung des Netzes gut ausgeglichen ist, ist die Spannung relativ stabil. Deshalb trägt das Wasserkraftwerk relativ stark zur Frequenzstabilität des Netzes bei.
Derzeit sind viele kleine und mittelgroße Wasserkraftwerke im Land direkt an das Stromnetz angeschlossen, und das Stromnetz muss die volle Kontrolle über die wichtigsten frequenzmodulierenden Kraftwerke haben, um die Stabilität der Stromnetzfrequenz und -spannung zu gewährleisten. Einfach ausgedrückt:
1. Das Stromnetz bestimmt die Drehzahl des Motors. Heutzutage nutzen wir Synchronmotoren zur Stromerzeugung, deren Drehzahl der des Stromnetzes entspricht, also 50 Drehzahländerungen pro Sekunde. Bei einem Generator in einem Wärmekraftwerk mit nur einem Elektrodenpaar beträgt die Drehzahl 3000 Umdrehungen pro Minute. Bei einem Wasserkraftgenerator mit n Elektrodenpaaren beträgt sie 3000/n Umdrehungen pro Minute. Wasserrad und Generator sind in der Regel über ein Getriebe mit fester Übersetzung miteinander verbunden, sodass die Drehzahl auch von der Netzfrequenz bestimmt wird.
2. Welche Rolle spielt der Wasserregulierungsmechanismus? Er reguliert die Leistung des Generators, also die Leistung, die der Generator ins Netz einspeist. Normalerweise benötigt der Generator eine gewisse Leistung, um seine Nenndrehzahl aufrechtzuerhalten. Sobald er jedoch ans Netz angeschlossen ist, wird seine Drehzahl durch die Netzfrequenz bestimmt, und wir gehen üblicherweise davon aus, dass sich die Netzfrequenz nicht ändert. Sobald die Leistung des Generators die zur Aufrechterhaltung der Nenndrehzahl erforderliche Leistung übersteigt, speist der Generator Strom ins Netz ein und umgekehrt. Wenn der Motor also unter hoher Last Strom erzeugt und vom Netz getrennt wird, erhöht sich seine Drehzahl schnell von der Nenndrehzahl auf ein Vielfaches, was leicht zu einem Geschwindigkeitsunglück führen kann!
3. Der vom Generator erzeugte Strom beeinflusst wiederum die Netzfrequenz. Aufgrund der relativ hohen Regelungsrate wird das Wasserkraftwerk üblicherweise als frequenzmodulierende Einheit verwendet.
Veröffentlichungszeit: 25. Februar 2022
