วิเคราะห์สาเหตุของความไม่เสถียรของความถี่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ

ความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความเร็วรอบของเครื่องยนต์โรงไฟฟ้าพลังน้ำ แต่มีความเกี่ยวข้องโดยอ้อม

ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าประเภทใดก็ตาม จำเป็นต้องส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังโครงข่ายไฟฟ้าหลังจากผลิตพลังงานไฟฟ้าแล้ว กล่าวคือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า หลังจากเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าแล้ว ก็จะเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าโดยรวม และความถี่ทุกที่ในโครงข่ายไฟฟ้าจะเท่ากันทุกประการ ยิ่งโครงข่ายไฟฟ้าใหญ่เท่าไร ช่วงความผันผวนของความถี่ก็จะยิ่งน้อยลง และความถี่ก็จะยิ่งเสถียรมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับความสมดุลของกำลังไฟฟ้าเท่านั้น เมื่อกำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากกว่ากำลังไฟฟ้าที่ใช้ไป ความถี่โดยรวมของโครงข่ายไฟฟ้าก็จะสูงขึ้น และในทางกลับกัน

การรักษาสมดุลกำลังไฟฟ้าเป็นหัวข้อสำคัญในระบบส่งไฟฟ้า เนื่องจากปริมาณการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ระบบส่งไฟฟ้าจึงต้องรักษาสมดุลระหว่างกำลังการผลิตและปริมาณการใช้ไฟฟ้าอยู่เสมอ จุดประสงค์สำคัญของโรงไฟฟ้าพลังน้ำในระบบส่งไฟฟ้าคือการปรับความถี่ แน่นอนว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่อย่างสามหุบเขาส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้า เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าประเภทอื่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการปรับความถี่ กังหันน้ำสามารถปรับความเร็วได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถปรับกำลังการผลิตทั้งกำลังไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าเสมือนได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน ทำให้สามารถปรับสมดุลปริมาณการใช้ไฟฟ้าในระบบได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปรับกำลังการผลิตได้ช้ากว่ามาก ตราบใดที่การรักษาสมดุลกำลังไฟฟ้าของระบบส่งไฟฟ้าดี แรงดันไฟฟ้าก็จะค่อนข้างคงที่ ดังนั้น โรงไฟฟ้าพลังน้ำจึงมีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อความเสถียรของความถี่ในระบบส่งไฟฟ้า

ปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กและขนาดกลางหลายแห่งในประเทศจีนอยู่ภายใต้การควบคุมของระบบส่งไฟฟ้าโดยตรง ระบบส่งไฟฟ้าจำเป็นต้องควบคุมโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลักที่ใช้การปรับความถี่ เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของความถี่และแรงดันไฟฟ้าของระบบส่งไฟฟ้า กล่าวโดยสรุปคือ:
1. ระบบไฟฟ้ากำหนดความเร็วของมอเตอร์ ปัจจุบันเราใช้มอเตอร์ซิงโครนัสในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของระบบไฟฟ้า คือ 50 ครั้งต่อวินาที สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีอิเล็กโทรดเพียงคู่เดียว จะหมุน 3,000 รอบต่อนาที สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีอิเล็กโทรด n คู่ จะหมุน 3,000 / N รอบต่อนาที โดยทั่วไปแล้วกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกันผ่านกลไกการส่งกำลังที่มีอัตราส่วนคงที่ ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าความเร็วของมอเตอร์ก็ถูกกำหนดโดยความถี่ของระบบไฟฟ้าด้วยเช่นกัน
2. กลไกควบคุมน้ำมีบทบาทอย่างไร? กลไกนี้ทำหน้าที่ปรับกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังโครงข่ายไฟฟ้า โดยปกติแล้ว จะต้องใช้กำลังไฟฟ้าในระดับหนึ่งเพื่อให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานที่ความเร็วพิกัด แต่เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าแล้ว ความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้า ในขณะนี้ เรามักจะสมมติว่าความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้ายังคงไม่เปลี่ยนแปลง ด้วยวิธีนี้ เมื่อกำลังไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกินกว่ากำลังไฟฟ้าที่จำเป็นในการรักษาความเร็วพิกัด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งกำลังไฟฟ้าไปยังโครงข่ายและดูดซับกำลังไฟฟ้ากลับเข้ามา ดังนั้น เมื่อมอเตอร์ผลิตกำลังไฟฟ้าภายใต้ภาระหนัก เมื่อถูกตัดการเชื่อมต่อจากโครงข่าย ความเร็วของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากความเร็วพิกัดไปหลายเท่า ซึ่งอาจนำไปสู่อุบัติเหตุได้!
3. พลังงานที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะส่งผลต่อความถี่ของระบบไฟฟ้า และโดยทั่วไปแล้วหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมักถูกใช้เป็นหน่วยปรับความถี่เนื่องจากมีอัตราการควบคุมที่ค่อนข้างสูง