การวิเคราะห์สาเหตุที่ทำให้ความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำไม่คงที่

ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับกับความเร็วรอบของเครื่องยนต์โรงไฟฟ้าพลังน้ำ แต่มีความสัมพันธ์ทางอ้อมอยู่
ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าประเภทใดก็ตาม จำเป็นต้องส่งพลังงานไปยังโครงข่ายไฟฟ้าหลังจากผลิตกระแสไฟฟ้าแล้ว กล่าวคือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ยิ่งโครงข่ายไฟฟ้ามีขนาดใหญ่เท่าใด ช่วงความผันผวนของความถี่ก็จะยิ่งแคบลง และความถี่ก็จะยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น ความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับความสมดุลของกำลังไฟฟ้าเท่านั้น เมื่อกำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากกว่ากำลังไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้า ความถี่โดยรวมของโครงข่ายไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน
การรักษาสมดุลกำลังไฟฟ้าเป็นประเด็นสำคัญในระบบส่งไฟฟ้า เนื่องจากปริมาณการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ระบบส่งไฟฟ้าจึงต้องรักษาสมดุลระหว่างกำลังการผลิตและปริมาณการใช้ไฟฟ้าอยู่เสมอ การใช้งานที่สำคัญที่สุดของโรงไฟฟ้าพลังน้ำในระบบไฟฟ้าคือการควบคุมความถี่ จุดประสงค์หลักของโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่คือการผลิตกระแสไฟฟ้า เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการควบคุมความถี่ กังหันน้ำสามารถปรับความเร็วได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถปรับกำลังการผลิตกำลังไฟฟ้าและกำลังปฏิกิริยาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน ทำให้สามารถรักษาสมดุลของปริมาณการใช้ไฟฟ้าในระบบได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ฯลฯ ปรับกำลังการผลิตได้ช้ากว่ามาก ตราบใดที่กำลังไฟฟ้าของระบบมีความสมดุล แรงดันไฟฟ้าก็จะค่อนข้างคงที่ ดังนั้น โรงไฟฟ้าพลังน้ำจึงมีส่วนช่วยอย่างมากต่อความเสถียรของความถี่ในระบบส่งไฟฟ้า
ในปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กและขนาดกลางหลายแห่งในประเทศอยู่ภายใต้การควบคุมของระบบส่งไฟฟ้าโดยตรง และระบบส่งไฟฟ้าจะต้องควบคุมโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลักที่ใช้การปรับความถี่อย่างเต็มที่ เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของความถี่และแรงดันไฟฟ้าของระบบส่งไฟฟ้า กล่าวโดยสรุปคือ:
1. ระบบไฟฟ้ากำหนดความเร็วของมอเตอร์ ปัจจุบันเราใช้มอเตอร์ซิงโครนัสในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของระบบไฟฟ้า นั่นคือ 50 รอบต่อวินาที สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีขั้วไฟฟ้าเพียงคู่เดียว จะหมุน 3,000 รอบต่อนาที สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำที่มีขั้วไฟฟ้า n คู่ จะหมุน 3,000/n รอบต่อนาที โดยทั่วไปแล้ว กังหานน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกันด้วยกลไกส่งกำลังที่มีอัตราส่วนคงที่ ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าความเร็วของมอเตอร์ก็ถูกกำหนดโดยความถี่ของระบบไฟฟ้าด้วยเช่นกัน

2. บทบาทของกลไกปรับกำลังน้ำคืออะไร? กลไกนี้ทำหน้าที่ปรับกำลังไฟฟ้าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่งออกไปยังโครงข่ายไฟฟ้า โดยปกติแล้วจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งเพื่อรักษาระดับความเร็วรอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าแล้ว ความเร็วรอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้า ซึ่งโดยปกติเราจะถือว่าความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น เมื่อกำลังไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกินกว่ากำลังไฟฟ้าที่จำเป็นในการรักษาระดับความเร็วรอบ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งกำลังไฟฟ้าไปยังโครงข่ายไฟฟ้า และในทางกลับกันก็จะรับกำลังไฟฟ้ากลับคืนมา ด้วยเหตุนี้ เมื่อมอเตอร์ผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยโหลดขนาดใหญ่ เมื่อตัดการเชื่อมต่อจากรถไฟแล้ว ความเร็วของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากความเร็วรอบไปหลายเท่า ซึ่งอาจทำให้เกิดอุบัติเหตุจากการขับรถเร็วเกินกำหนดได้!
3. พลังงานที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งผลต่อความถี่ของระบบส่งไฟฟ้า และโดยทั่วไปแล้วหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมักถูกใช้เป็นหน่วยปรับความถี่เนื่องจากมีอัตราการควบคุมที่ค่อนข้างสูง