Phân tích các nguyên nhân gây ra sự mất ổn định tần số của máy phát điện thủy điện.

Tần số dòng điện xoay chiều không liên quan trực tiếp đến tốc độ quay của động cơ nhà máy thủy điện, nhưng có liên quan gián tiếp.

Bất kể loại thiết bị phát điện nào, sau khi phát điện, nó đều cần truyền tải điện năng vào lưới điện, nghĩa là máy phát điện cần được kết nối với lưới điện để phát điện. Sau khi được kết nối với lưới điện, nó được kết nối với toàn bộ lưới điện, và tần số ở mọi nơi trong lưới điện đều giống nhau. Lưới điện càng lớn, biên độ dao động tần số càng nhỏ và tần số càng ổn định. Tuy nhiên, tần số của lưới điện chỉ liên quan đến việc công suất tác dụng có cân bằng hay không. Khi công suất tác dụng do tổ máy phát điện phát ra lớn hơn công suất tác dụng của điện năng tiêu thụ, tần số tổng thể của lưới điện sẽ tăng lên, và ngược lại.

Cân bằng công suất tác dụng là một vấn đề quan trọng của lưới điện. Do nhu cầu điện của người dùng liên tục thay đổi, lưới điện cần luôn đảm bảo cân bằng giữa sản lượng điện và tải. Vai trò quan trọng của các nhà máy thủy điện trong hệ thống điện là điều chỉnh tần số. Tất nhiên, các nhà máy thủy điện quy mô siêu lớn như Tam Hiệp chủ yếu được sử dụng để phát điện. So với các loại nhà máy điện khác, nhà máy thủy điện có ưu điểm vốn có trong điều chỉnh tần số. Tua bin nước có thể nhanh chóng điều chỉnh tốc độ, từ đó cũng có thể nhanh chóng điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng của máy phát điện, để nhanh chóng cân bằng tải lưới điện, trong khi nhiệt điện và điện hạt nhân điều chỉnh công suất động cơ chậm hơn nhiều. Chỉ cần cân bằng công suất tác dụng của lưới điện tốt, điện áp sẽ tương đối ổn định. Do đó, các nhà máy thủy điện đóng góp rất lớn vào sự ổn định tần số của lưới điện.

Hiện nay, nhiều nhà máy thủy điện vừa và nhỏ ở Trung Quốc được kết nối trực tiếp với lưới điện. Lưới điện cần phải kiểm soát các nhà máy điện điều tần chính để đảm bảo sự ổn định về tần số và điện áp của lưới điện. Nói một cách đơn giản:
1. Tốc độ quay của động cơ phụ thuộc vào lưới điện. Hiện nay chúng ta sử dụng động cơ đồng bộ để phát điện, tức là tốc độ quay giống với tốc độ quay của lưới điện, nghĩa là 50 lần trong một giây. Đối với máy phát điện của nhà máy nhiệt điện chỉ có một cặp điện cực, nó quay 3000 vòng/phút. Đối với máy phát điện của nhà máy thủy điện có n cặp điện cực, nó quay 3000/N vòng/phút. Tua bin nước và máy phát điện thường được nối với nhau thông qua một cơ cấu truyền động tỷ số cố định, vì vậy có thể nói rằng tốc độ quay của nó cũng phụ thuộc vào tần số của lưới điện.
2. Cơ chế điều tiết nước đóng vai trò gì? Nó điều chỉnh công suất đầu ra của máy phát điện, tức là công suất mà máy phát điện cung cấp cho lưới điện. Thông thường, cần một công suất nhất định để duy trì máy phát điện ở tốc độ định mức, nhưng một khi máy phát điện được kết nối với lưới điện, tốc độ của máy phát điện được xác định bởi tần số lưới điện. Lúc này, chúng ta thường giả định rằng tần số lưới điện không thay đổi. Theo cách này, một khi công suất của máy phát điện vượt quá công suất cần thiết để duy trì tốc độ định mức, máy phát điện sẽ cung cấp điện cho lưới điện và hấp thụ điện năng ngược lại. Do đó, khi động cơ phát điện dưới tải nặng, một khi bị ngắt kết nối khỏi lưới điện, tốc độ của nó sẽ nhanh chóng tăng từ tốc độ định mức lên gấp nhiều lần, điều này dễ dẫn đến tai nạn văng điện!
3. Công suất do máy phát điện tạo ra sẽ ảnh hưởng đến tần số lưới điện, và các tổ máy thủy điện thường được sử dụng làm đơn vị điều chỉnh tần số do tỷ lệ điều chỉnh tương đối cao.