La fréquence du courant alternatif n'est pas directement liée à la vitesse du moteur d'une centrale hydroélectrique, mais elle l'est indirectement.
Quel que soit le type d'équipement de production d'énergie, il doit injecter l'électricité produite dans le réseau électrique. Autrement dit, le générateur doit être raccordé au réseau pour produire de l'électricité. Une fois raccordé, il est intégré au réseau électrique global, et les fréquences sont alors parfaitement uniformes. Plus le réseau est étendu, plus les fluctuations de fréquence sont faibles et plus la fréquence est stable. Cependant, la fréquence du réseau dépend de l'équilibre de la puissance active. Lorsque la puissance active produite par le groupe électrogène est supérieure à la puissance active du réseau, la fréquence globale du réseau augmente, et inversement.
L'équilibre de la puissance active est un enjeu majeur du réseau électrique. La demande des utilisateurs étant en constante évolution, le réseau doit garantir un équilibre permanent entre la production et la consommation d'électricité. La modulation de fréquence est un rôle essentiel des centrales hydroélectriques. Le barrage des Trois Gorges, par exemple, est principalement utilisé pour la production d'électricité. Comparées à d'autres types de centrales, les centrales hydroélectriques présentent des avantages intrinsèques en matière de modulation de fréquence. La turbine hydraulique peut ajuster rapidement sa vitesse, et donc la puissance active et réactive du générateur, permettant ainsi un équilibrage rapide de la charge du réseau. À l'inverse, les centrales thermiques et nucléaires ajustent leur puissance beaucoup plus lentement. Un bon équilibre de la puissance active du réseau garantit une tension relativement stable. Les centrales hydroélectriques contribuent donc fortement à la stabilité de la fréquence du réseau électrique.
Actuellement, de nombreuses petites et moyennes centrales hydroélectriques en Chine sont directement raccordées au réseau électrique. Ce dernier doit exercer un contrôle sur les principales centrales à modulation de fréquence afin de garantir la stabilité de la fréquence et de la tension du réseau. En d'autres termes :
1. La vitesse du moteur est déterminée par le réseau électrique. Nous utilisons actuellement des moteurs synchrones pour la production d'électricité, c'est-à-dire que leur fréquence de variation est identique à celle du réseau, soit 50 fois par seconde. Un alternateur de centrale thermique à une seule paire d'électrodes tourne à 3 000 tours par minute. Un alternateur de centrale hydroélectrique à n paires d'électrodes tourne à 3 000 / N tours par minute. La turbine hydraulique et l'alternateur sont généralement reliés par un mécanisme de transmission à rapport fixe, ce qui explique que leur vitesse soit également déterminée par la fréquence du réseau électrique.
2. Quel est le rôle du mécanisme de régulation de l'eau ? Il ajuste la puissance de sortie du générateur, c'est-à-dire la puissance qu'il injecte dans le réseau électrique. Normalement, une certaine puissance est nécessaire pour maintenir le générateur à sa vitesse nominale. Cependant, une fois connecté au réseau, sa vitesse est déterminée par la fréquence de ce dernier. On suppose généralement que cette fréquence reste constante. Ainsi, si la puissance du générateur dépasse celle nécessaire au maintien de sa vitesse nominale, il injecte de l'énergie dans le réseau et en absorbe en contrepartie. Par conséquent, lorsque le moteur fonctionne sous forte charge, sa vitesse peut augmenter rapidement et de façon exponentielle une fois la vitesse nominale, ce qui présente un risque d'accident.
3. La puissance générée par le générateur affectera à son tour la fréquence du réseau, et les unités hydroélectriques sont généralement utilisées comme unités de modulation de fréquence en raison du taux de régulation relativement élevé.
Date de publication : 28 décembre 2021
