Il n'existe pas de relation directe entre la fréquence du courant alternatif et la vitesse du moteur de la centrale hydroélectrique, mais il existe une relation indirecte.
Quel que soit le type d'équipement de production d'énergie, après avoir produit de l'électricité, celle-ci doit être injectée dans le réseau électrique. Autrement dit, le générateur doit être connecté au réseau pour produire de l'électricité. Plus le réseau électrique est étendu, plus les fluctuations de fréquence sont faibles et plus la fréquence est stable. La fréquence du réseau dépend uniquement 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 de ce dernier augmente, et inversement.
L'équilibre de la puissance active est un enjeu majeur pour le réseau électrique. La demande d'électricité des utilisateurs étant en constante évolution, le réseau doit garantir un équilibre permanent entre la production et la consommation. L'utilisation la plus importante des centrales hydroélectriques dans le système électrique est la régulation de fréquence. Bien entendu, la centrale hydroélectrique géante des Trois Gorges a pour principale fonction la production d'électricité. Comparées à d'autres types de centrales, les centrales hydroélectriques présentent des avantages intrinsèques en matière de régulation de fréquence. La turbine hydraulique peut ajuster rapidement sa vitesse, ce qui permet de moduler rapidement la puissance active et réactive du générateur et d'équilibrer ainsi la charge du réseau. À l'inverse, les centrales thermiques et nucléaires, par exemple, ajustent leur puissance beaucoup plus lentement. Tant que la puissance active du réseau est bien équilibrée, la tension est relativement stable. Par conséquent, les centrales hydroélectriques contribuent de manière significative à la stabilité de la fréquence du réseau.
Actuellement, de nombreuses petites et moyennes centrales hydroélectriques du pays sont directement raccordées au réseau électrique, et ce dernier doit exercer un contrôle absolu 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. Le réseau électrique détermine la vitesse du moteur. Nous utilisons actuellement des moteurs synchrones pour la production d'électricité, ce qui signifie que leur vitesse de rotation est égale à celle du réseau, soit 50 tours par seconde. Pour un générateur utilisé dans une centrale thermique et ne possédant qu'une seule paire d'électrodes, cette vitesse est de 3 000 tours par minute. Pour un générateur hydroélectrique à n paires d'électrodes, elle est de 3 000/n tours par minute. La roue hydraulique et le générateur sont généralement reliés par un mécanisme de transmission à rapport fixe, de sorte que leur vitesse est également déterminée par la fréquence du réseau.
2. Quel est le rôle du mécanisme de régulation de la puissance ? Il permet de réguler la puissance de sortie du générateur, c'est-à-dire la puissance qu'il injecte dans le réseau. 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, que l'on suppose généralement constante. Ainsi, lorsque la puissance produite par le générateur dépasse celle requise pour maintenir sa vitesse nominale, il injecte de l'énergie dans le réseau et, inversement, il en absorbe. Par conséquent, lorsqu'un moteur produit de l'énergie avec une charge importante, sa vitesse peut augmenter rapidement et de façon exponentielle une fois déconnecté du train, augmentant ainsi considérablement le risque d'accident dû à une vitesse excessive.
3. La puissance générée par le générateur affectera à son tour la fréquence du réseau, et l'unité hydroélectrique est généralement utilisée comme unité de modulation de fréquence en raison de son taux de régulation relativement élevé.
Date de publication : 5 septembre 2022
