主题：【原创】电力系统漫谈 (一) 引子 -- 乃力
家园 也凑凑热闹各自表述一番 电线是传播电能用的。而形式是电波。
以水波类比电波，有用功率就是行波，无功功率就是驻波。所以，无功概率虽然不传播功率，但还是占用典型输电能力的。相反，用纯电容电感来理解无功功率会给人以不产生热能的印象。
P＝I×V。当电流与电压有位相差时，就有电压和电流流向相反，或正负号相反的时候，使得电压和电流的乘积－也就是功率－是负值。如果功率有负有正，对时间平均位零，那么就是无功功率。但电流依然会通过电线的电阻产生热能。
减少无功功率的关键之一是匹配。既负载要与电源匹配。如果电网供电多于负载，有些能量无法消耗，只能回流，所以变成驻波或无功功率。这就是电网必须有水利发电和火力发电配置的原因。水利发电是靠天吃饭，有时要顾及农业用水问题，比如要蓄水，不能大量放水，这样就限制了发电的自由控制程度。火力发电也有类似的问题，可以减少或增加发电量弥补水利发电发电量的柔性，但是，火力发电再少也不能把炉子灭了，所以，我们看到大都市昼夜灯火通明，是因为晚上工厂停机了，电网还有过多的电必须用掉，就美化一下城市吧。
家园 不太同意 有点不太同意对发电与负荷匹配的解释
对于负荷与发电匹配，似乎不关无功的事。大型机组都有一定的最优运行点，电网供电多于负荷以后，这部分不会造成无功的增加，而会造成频率的上升。因此需要监控频率来调节负荷与发电的平衡。而火力与水电的匹配，涉及到一个
1、机组的反应速度。火电机组起动需要很长的时间，而水电机组只需要几分钟即可，所以火电机组承担平均负荷，而水电机组承担调节高峰时段多余的负荷。而到了低谷时段的时候，有的水电厂可以把水抽回来，以吸收火电厂不能减低的出力。
2、既然水电厂如此迅速，要火电厂又有何用呢？还污染环境。这一点，正如楼上所说，水电厂靠天吃饭。到了冬季枯水季节，水电厂的发电能力就大打折扣了(水库一般要保持一定的水位)。所以这时需要火电厂来撑起大梁
- 复 不太同意
家园 现在火电机组调峰30-50%很正常 单个机组也许慢点儿，大家一起调效果就好多了。
调度给电厂的日计划曲线绝大多数都是调峰的。
- 复 不太同意
家园 我是这样理解的。 njyd说的电容电感与无用功的关系是对的。但正确的说法是虚功，应电容电感的阻抗是纯虚数。说是无用功，那是因为能量没有加载到应有负载上，而耗在电线上变成热能了。
肥羊（还有另以为网友，一下找不到了）说无用功用来建立输电线周围的电磁场，有道理。输电线周围的磁场，实际有两部分，一部分有用功，是我说的行波，将能力从电源输送到应用负载；另一部分是无用功，是我说的驻波，只在输电线周围振荡，正如楼主说的无用功增加时，电压升高。
如果能量是守恒的，而且电源输出的功分为有用和无用两部分，那么应用负载不匹配而不能消耗的功就变成虚功储存在输电线周围的电磁场里，再慢慢变成电线的热能消耗掉。这就是为什么应用负载不匹配导致无用功的增加，这只要从能量守恒就能理解。
匹配不单是电阻问题，而且有电容和电感问题，如果不匹配，即便应用负载需要用电，电网里也有电能，但这些电能就是以虚功的形式在输电线周围振荡而无法加载到应用负载上。用力学打个比方，就是使不上劲，找不到着力点。如果一个人要推动一个物体，必须把力加到质量重心上，使得一推上去，物体没有直线移动，但转动起来，使得原来想把能量变为直线动能的计划落空，变成物体的转动动能了。应用负载于电网不匹配是一样的道理，电压的能量是发电厂已经生产出来了，但是由于找不到应用负载的着力点，能量无法加载上去，变成了无用功。不单能量没有加载到应用负载上，而且由于储存在输电线周围的电磁场中，加重了电网负荷，占用了电网的输电能能力。
- 复 我是这样理解的。
家园 看起来有道理 但其实里面有些东西逻辑不是很清楚
njyd用电容与电感，电场能与磁场能的相互转换来解释无功，与我的观点是相符合的。但是其他有的网友的“用无功来建立输电线周围的电磁场”这个观点，可以说是错误的。电磁场的建立，没有“无功”与“有功”的差异，只要是交变的电场(交流电)在导体中传输，就有交变的磁场在导体附近产生。输电线本身有感抗(即电感)，也有容抗(电容)，但与负荷中的比如说电机或变压器的电感相比，这个电感值完全是无法相比的。所以，说无功是储存在输电线周围的电磁场中，完全是捡了芝麻丢了西瓜，抛弃了问题实质性的一面。而“慢慢变成电线的热能消耗掉”也不是因为电磁场在输电线周围变成了热能。
为什么无功的增加会使线路损耗增加呢？其实你已经说得很清楚，那就是无论有功无功，只是电流的相角差异，而输电线的损耗可不管相角的大小，只要有电流流过，就有损耗。在传输相同的有功的情况下，传输的无功越多，总电流越大(虽然有的电流只是参与到电容与电感的互相交换中，并没有实际被负荷使用)，那么在线路上的损耗就越大。
另外，你还说到“应用负载不匹配导致无功增加”，可否举几个例子？
- 复 看起来有道理
家园 让做一个简单的模拟电路 假设我们有一个电容电感并联的振荡电路，把这个振荡电路串联到一个电阻上，成为一个总电路。将电压加载到这个总电路上，电压就分配到振荡电路和电阻上。如果想让功率都消耗在电阻上，最好电压在电阻两端高，但在振荡电路上低。如果电阻两端电压加不上，那就是因为都加到振荡电路上了。消耗在电阻上的功率就是有功功率，消耗在振荡电路上的功率就是无功功率。
家园 非常同意 我非常同意对于无功的这种理解。但我没有看出你的例子与你的观点的和谐，还麻烦你能够解释详细一点。
- 复 非常同意
家园 我不在这行里，不是专家 楼主说了后边会再谈到无功功率的问题，那将是很好的例子。
我再给光学的比方。用光线加热一个物体，被物体吸收的就是有用功，被物体反射回来的就是无用功。同样的，应用负载阻抗于电网不匹配时，电波就被反射回来。我们知道，正向和反向的两列行波就叠加为驻波，也就是我说的无功功率相当于驻波。驻波当然储存能量。阻抗匹配，就是使得应用负载能够有效地吸收电网里的电能，这点这个坑里的许多专家跟贴都有详细解释，称为相角控制或功率因素调控。
家园 学科的相通性 虽然唵啊吽自称不是这行的，但可以看出阿牛的理论功底深厚啊。
其实各科之间都是相通的，不同的是关注的重点不一样，假设前提不一样。
阿牛举的反射波的例子是在电子或信号处理行业中需要考虑的。这让我想起在用同轴电缆建网络时，要在网络终端加一个终端电阻50欧，以免产生反射波。在这里，关注的是信号(一般是电平，即电压)，而在电力行业中，更关注的是功率，即电流与电压乘积，电流与电压的相位角差异。
不过，这里提出了一个非常有建设性意义的思考问题的角度，即把电子或信号处理行业中的思考问题的方式应用于功率行业。于是，便有了现在很多先进的保护。比如行波保护，便是应用反射波来确定故障。
感谢阿牛的参与，希望以后还能听到你从其他不同的角度来看待问题的意见。
家园 吽兄不必过谦 以前看你的通鉴等系列，就觉得你看问题与众不同，很有独到见解。现在看到你关于无功的讨论，如果你真的不是电力系统或相关专业的，那实在是令我等汗颜。我个人是纯粹搞工程的，理论方面往往抠得不细。通过写这个系列（虽然刚开始），确实从各位河友的讨论中收获很大，特别是很多细节问题。不知道其他参与讨论的朋友的具体背景，从讨论中，我猜其他几位也和我差不多。而你的讨论里有很多偏理论的内容，无疑，给我们这些搞工程的人很好的启发。
无功确实是电力系统运行与控制中的一个难题，这也是我先把无功拿出来讲的一个原因。我后面计划中的关于无功的讨论主要围绕无功和电压的关系，在系统稳定和优化两方面加以讨论。虽然还是以工程实践为主，但务必请吽兄抽时间来讨论。