ניתוח הסיבות לתדירות הלא יציבה של גנרטורים הידרואלקטריים

אין קשר ישיר בין תדר זרם החילופין למהירות המנוע של תחנת הכוח ההידרואלקטרית, אך קיים קשר עקיף.
לא משנה איזה סוג של ציוד לייצור חשמל מדובר, הוא צריך להעביר חשמל לרשת לאחר ייצור חשמל, כלומר, הגנרטור צריך להיות מחובר לרשת כדי לייצר חשמל. ככל שרשת החשמל גדולה יותר, כך טווח תנודות התדר קטן יותר, והתדר יציב יותר. תדר הרשת קשור רק לאיזון ההספק הפעיל. כאשר ההספק הפעיל הנפלט ממערכת הגנרטור גדול מההספק הפעיל של החשמל, התדר הכולל של רשת החשמל יגדל, ולהיפך.
איזון הספק אקטיבי הוא נושא מרכזי ברשת החשמל. מכיוון שעומס החשמל של המשתמשים משתנה כל הזמן, רשת החשמל חייבת להבטיח תמיד את תפוקת ייצור החשמל ואת איזון העומס. השימוש החשוב ביותר של תחנות כוח הידרואלקטריות במערכת החשמל הוא ויסות תדר. המטרה העיקרית של אנרגיה הידרואלקטרית בקנה מידה גדול היא ייצור חשמל. בהשוואה לסוגים אחרים של תחנות כוח, לתחנות כוח הידרואלקטריות יש יתרונות מובנים בוויסות תדר. טורבינת ההידרו יכולה להתאים במהירות את המהירות, מה שיכול גם להתאים במהירות את התפוקה האקטיבית והריאקטיבית של הגנרטור, על מנת לאזן במהירות את עומס הרשת, בעוד שאנרגיה תרמית, אנרגיה גרעינית וכו', מתאימים את תפוקת המנוע לאט בהרבה. כל עוד ההספק האקטיבי של הרשת מאוזן היטב, המתח יציב יחסית. לכן, לתחנת הכוח ההידרואלקטרית יש תרומה גדולה יחסית ליציבות התדר של הרשת.
כיום, תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות ובינוניות רבות במדינה נמצאות ישירות מתחת לרשת החשמל, ורשת החשמל חייבת להיות בעלת שליטה מלאה על תחנות הכוח העיקריות המווסתות תדר כדי להבטיח את יציבות התדר והמתח של רשת החשמל. במילים פשוטות:
1. רשת החשמל קובעת את מהירות המנוע. כיום אנו משתמשים במנועים סינכרוניים לייצור חשמל, מה שאומר שקצב השינוי שווה לזה של רשת החשמל, כלומר, 50 שינויים לשנייה. עבור גנרטור המשמש בתחנת כוח תרמית עם זוג אלקטרודות אחד בלבד, מדובר ב-3000 סיבובים לדקה. עבור גנרטור הידרואלקטרי עם n זוגות אלקטרודות, מדובר ב-3000/n סיבובים לדקה. גלגל המים והגנרטור מחוברים בדרך כלל יחד באמצעות מנגנון תמסורת בעל יחס קבוע, כך שניתן לומר שהוא נקבע גם על ידי תדירות הרשת.

2. מה תפקידו של מנגנון כוונון המים? כוון את תפוקת הגנרטור, כלומר, את ההספק שהגנרטור שולח לרשת החשמל. בדרך כלל נדרשת כמות מסוימת של חשמל כדי לשמור על המהירות המדורגת של הגנרטור, אך לאחר חיבור הגנרטור לרשת, מהירות הגנרטור נקבעת על ידי תדר הרשת, ובדרך כלל אנו מניחים שתדר הרשת לא משתנה. בדרך זו, ברגע שהספק הגנרטור עולה על ההספק הנדרש לשמירה על המהירות המדורגת, הגנרטור שולח חשמל לרשת, ולהיפך סופג חשמל. לכן, כאשר המנוע מייצר חשמל עם עומס גדול, לאחר ניתוקו מהרכבת, מהירותו תגדל במהירות מהמהירות המדורגת לפי מספר פעמים, וקל לגרום לתאונת מהירות!
3. החשמל המיוצר על ידי הגנרטור ישפיע בתורו על תדירות הרשת, ויחידת ההידרואלקטרית משמשת בדרך כלל כיחידה מווסתת תדר בגלל קצב הרגולציה הגבוה יחסית.