如何理解国家电网称“电网存在全面崩溃风险”？ 第1页

发电厂有功功率供给不足，将会导致电网电压频率出现下降，根据我国标准50Hz用电，当下降到49.8Hz时候，即触及底线，此时需要切除部分负荷保持有功功率供需平衡，否则会导致系统频率进一步下降，频率下降对电网造成的影响是巨大的，我们家用白炽灯泡由于是纯电阻器件，所以对频率不敏感，对于电动机来说，频率的变化有可能直接导致电动机无法正常运行，造成设备损坏，生产产品不合格等问题。

此外，系统频率下降会导致火电厂机械出力下降，使得供需缺额进一步扩大，使得频率进一步下降，最后造成系统频率崩溃。

当频率下降到46～45HZ时，由于与发电机同轴的励磁机转速严重下降，励磁机电压严重降低，使发电机端电压降得很低，自动电压调节器已不能把电压维持在额定值，致使系统“电压崩溃”，最后导致系统瓦解。

至于为什么有功功率和无功功率供需不匹配会导致电压和频率变化，可以参考下面这个问题：

电网上没用掉的电去哪里了？ - 知乎 https://www.zhihu.com/question/290866843

先说结论

如果是短期的供需不平衡，会引起电流频率的变化。发多用少，频率上升；发少用多，频率下降。但是如果是长期的，严重的供需不平衡，需要调度人员或者其他相关工作人员通过投入或切除部分发电机组或者负荷来完成供需平衡。

结合问题“电网没用掉的电去哪了？”既然题设已经存在了“没用掉的电”的前提条件，那么可以解释为这部分能量存储在了发电机转子以及电流中，使得低频电流变成了高频电流。

如果你不是一个浅尝辄止的读者，那么请接着往下看。如果你认为自己已经得到满意回答了，下面的就不用看了。

发电机

目前投入使用的发电机，一般为同步发电机。

同步发电机的基本结构

发电机由定子和转子两个部分组成。所谓定子，即固定不动的部分，如图1所示。

其中内部“工”字形的部分被称为“转子”，由汽轮机带动进行旋转，将会在电机内产生旋转的磁场。位于圆周上的 绕组被称为定子绕组。

发电机的发电原理

旋转磁场切割定子绕组，在定子绕组中感生出电动势，由于三相绕组在空间上的分布各差 ,所以对每一个绕组来说，其感受到的磁场变化强度如图2所示。

根据中学物理课本上的法拉第电磁感应定律

闭合回路中的导体切割磁场会产生电流

且根据麦克斯韦方程

容易看出，交变磁场在闭合回路中感生出的电动势的大小同磁场对时间的导数呈正比，即磁场变化变化越快，感生出的电动势就越大。且由于磁场的变化为正弦波，所以感生出的电动势为正弦的导数，依旧是正弦图像。

自此过程中，燃气轮机的机械能通过带动磁场旋转，将机械能转变成了电能。

根据我国的生产标准为三相电，即定子输出三相幅值相等，相位上各差 的三相电流，对各个发电机组发出的感应出的电流进行调相，使其相位保持一致。然后并网，再经过升压变压器以及降压变压器使电压降到 供居民使用。

再由麦克斯韦方程

可以看到，变化的电场将会产生磁场，且产生的磁场强弱同电流的大小J​​以及电流对时间的导数呈正比。这也就意味着，在上文提到的由交变磁场感生出的电流将会产生一个交变磁场，我们称他为磁场 ，同原转子形成的磁场，我们称他为磁场 ，进行叠加，变成磁场 。这个时候电机内的磁场不再是完美的正弦形式了，他变得不干净了。为了方便分析，我们将磁场 按照垂直于主磁通 的方向和平行主磁通 的方向进行分解，得到两个新的数学量。其中平行于主磁通 的我们称他为磁场 ,垂直于主磁通的我们称他为磁场 。他们在物理上分别起着助磁和去磁的作用。所谓助磁，指的是叠加后的磁场增强了原磁场，去磁作用与之相反。

在发电机运行过程中，助磁和去磁作用一直存在。可以理解为第一代的磁场产生第一代定子电流，而第一代定子电流又产生第一代定子磁场来改变第一代磁场，使其变成第二代磁场，而第二代磁场又产生第二代定子电流，第二代定子电流又产生第二代定子磁场来改变第二代磁场，使其变成第三代磁场，以此循环，直到收敛。就像你站在一个四周都是镜子的房间里，你看到的自己是镜子里的镜子里的镜子里的......你自己。也可以称之为“无限套娃”。

发电机频率的影响因素

看到这里，相比一些聪明的小机灵鬼已经能感觉到电流频率和发电机转速之间的关系了。发电机转子转得越快，它产生的磁场变化就越快，其电流变化速度也就越快，也就是电流频率就越高。其转速及频率符合如下关系

其中， ​代表由原动机带动的发电机转子转速;

​代表极对数，对于某一固定的发电机， ​值不会发生改变；

代表发电机发出电能的频率

发电机转矩的影响因素

所谓转矩，直观理解为旋转的时候所需力的大小。我们想象自己现在就是在生产队里面拉磨的驴，当磨盘之间的摩擦力大的时候，我们拉起来很吃力，这个时候就是因为磨盘的转矩很大。当磨盘之间的摩擦力很小的时候，我们拉起来就很轻松。这是因为磨盘里面的粮食快被磨完了，摩擦力变小转矩减小。

发电机旋转的动力来自汽轮机的轴传动，其阻力来自于定子电流产生的磁场与转子磁场之间的相互排斥。由上文可知，定子上的电流越大，其产生的“反抗磁场”也就越强。那么驱动发电机稳定转动所需要的力也就越大。

能量之间的变化

当用电端，也就是用电负荷端负荷突然增大（此处暂时不谈无功功率），这里只拿白炽灯举例，以前是100W用电，在时刻 变成了150W，在电压不变的情况下，此时电网上流过的电流会增大为原来的1.5倍。那么定子电流也会增大，具体增大或许不是1.5倍，但是我们就假设它增大了1.5倍。那么它产生的“反抗磁场”增大为原来的1.5倍。如果汽轮机的输入功率不变，就会导致这头“驴”感到吃力，那么旋转速度就会降低，转子速度跟着降低，导致电流频率下降。

此处说1.5倍是为了方便理解，实际上电网实时在运行的功率是非常大的一个值，停电一两个街区对于整个电网来说压根就感觉不到频率的变化。

内部当频率下降到一个临界值，比如从50Hz下降到了49Hz​的时候，这时调度部门开始采取措施，比如增加投入使用的发电机组。这就涉及到电网一次调频、二次调频的一些知识。这里就不展开了。同理，当负荷需求量小于发电量时候，电网中电流下降，电枢反应的去磁作用减弱，即“反抗磁场”减弱，这头“驴”突感感觉很轻松，猛地一下拉磨速度就提高了，使得旋转速度上升，电流频率增加。

总结

就如同部分答主所讲的那样，如果真的要说“多出来的那部分电能”去哪了？

我认为可以解释为这部分能量使得电流的频率升高了。

至于同样幅值下是否频率越高的电流其蕴含能量就越多，这一点我不太了解，不过从我直观地感受来猜测，我觉得是这样的。

展望

根据量子力学的理论

是振子所蕴含的能量；

为普朗克常数；

是振子振动频率；

是不是电流也是这样，频率越高能量越大，且冥冥之中有着共同的表达形式？

本人才疏学浅，不足之处请大佬在评论区指正，非常感激。