电网上没用掉的电去哪里了？

张轩

这个问题其实困扰普通人很久了，大部分回答都是对的，但是对于没有电气知识的人来说，我觉得依然无法理解——这就是本问题的矛盾之处：对于电气专业的同学来说不需要解释，但对于没学过电气的同学而言，这就隔行了，问题变得很抽象。

以下我用一个相对精准的例子来帮大家理解“电力系统供需动态平衡”问题，非专业的同学看完之后可以明白是个什么道理，专业的同学也能进一步加深理解（同时还能追溯一下电力系统里面一些专业名词的词源问题）。

假想如下场景：

假设有一个动力有限可调的大卡车，大卡车的动力我们将其描述为——“出力”。

卡车一旦稳定运行，始终以轮胎50转/秒的速度匀速前行，对于这个转速，我们将其描述为——“频率”。

卡车的乘客是一只只随机跳上车和跳下车的蚂蚁，对于这些随机乘客，我们将其描述为——“负载”。

适当拓展延伸一下：

如果卡车停下来不动了，我们将其描述为——“停机”。

如果卡车没有停下来，仍以50转/秒速度前行，但是一只蚂蚁乘客也没有，我们将其描述为——“空载运行”。

如果卡车以低于50转/秒的速度前行，我们将其描述为“低频”，反之则为“高频”。

基于上面的情景之下，再给出一个合理性解释：

即：为什么卡车要以50转/秒的速度向前行驶？

——这是由负载（即蚂蚁）决定的，如果速度太慢，蚂蚁会心慌，如果速度太快，蚂蚁会呼吸困难，只有老老实实维持在50转/秒对应的前进速度，这些蚂蚁们才会觉得浑身舒坦。蚂蚁这样的特点，我们称之为“工况”。

铺垫工作做完了，现在进入解释环节：

当卡车以50转/秒的速度空载运行时，上了第一只蚂蚁，它上去之后，卡车的前进速度变为对应轮胎转速49.99999999999……转/秒，这虽然是数学意义上偏离，但是很可惜，蚂蚁并没有明显的心慌，因为这影响小到连它自己都无法察觉，所以它没有表示抗议，车子继续前行。

然后上了第二只、第三只……此时前进速度在一点点的变慢，等上了1万只蚂蚁的时候，车轮频率已经变为49.99转/秒了，可是蚂蚁们依然没有察觉到，当累积上了10万只蚂蚁时，车轮频率变为49.5转/秒，这时蚂蚁们察觉到心慌并向司机抗议。

司机开始给出力，让轮胎转速提升了一点点，蚂蚁们心慌消失，又开开心心的乘车。

过了一会，下车的蚂蚁逐渐比上车的多，负载越来越小，而卡车出力保持不变，下的蚂蚁较少时，蚂蚁们并未察觉到明显的呼吸困难，而下车蚂蚁越来越多，卡车速度提升为50.5转/秒时，此时蚂蚁们察觉到了，因此又发出了抗议。

司机开始降出力，让速度再一次回到了50转/秒，此时蚂蚁们又恢复了情绪。

在这个不断更新的动态过程中，司机发明了一个监测轮胎转速的仪器，当频率降低时自己给点出力，当频率增加时自己降出力，这样一来就不同等蚂蚁提醒了。

以上整个过程，就是电力系统动态平衡过程。

再延伸解释一点：

由于卡车出力总是有上限，当动力给到顶而蚂蚁依然再增加时，轮胎速度只会越来越慢，维持这种趋势只会让整车蚂蚁都变得心慌，这种情况我们将其描述为——“过负荷”。

这时候司机会大喊：下去一点，轮胎越转越慢了，拉不动了拉不动了，然后一铲子弄下去了好多蚂蚁，这种情况我们将其描述为——“低频减载”。

车开的时候总有意外，有时候突然来了一阵龙卷风，把半车蚂蚁全部吹走了，由于卡车出力保持不变，速度一下子升到了55转/秒，是司机立即把两个发动机中的一个给立即关停，这种情况我们将其描述为——“高周切机”

以上解释中：

卡车动力对应发电机的出力，随机上下车的蚂蚁对应用电负荷，50转/秒对应电力系统频率50Hz。

最后回归原问题：

电网上没用掉的（“多余的”）电去哪里了？

——所谓没用掉的电只能以机械能的形式存在于发电机轴当中，令发电机的转速增加，造成频率升高。

同理，“不够”的情况又如何呢？

——发电机中储存的机械能转化为电能，令其转速降低，造成频率下降。

简而言之：电网上没用掉的电，转化为了发电机的机械能，表现形式就是整个电力系统的频率提升。

PS1：电力系统通过调节原动机出力，维持整个供应过程中的动态平衡，而非绝对平衡。

PS2：没给上面结论，只说供需动态平衡的同学，电力系统分析应该是认真学了，但电机学肯定是没学好（逃）