主题：【原创】电力系统漫谈 (一) 引子 -- 乃力

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。

这差不多是我学完电磁场这么多年以后，记住的唯一的一句话。好象当年是理解了，但如果现在让我解释，基本没有可能。

电力系统也很在行。说的没错，无功功率的存在会导致线路上电流增大，进而增加在线路电阻上的有功损耗。

无功功率是不是驻波，我不太清楚。另外，

不过，吽兄提到的水火电配合确实是现代电力系统经济运行非常重要的一个环节，以后还会讲到。

实际上“匹配”的目标就是怎样怎样使得能量都消耗在负载上而不是消耗在输电线上，而达到这一目的的指标实际上就是“相角”，就电流和电压的位相差。如果负载都“关机”了，负载电阻值剧增，必然改变整个电网上的电容、电感和电阻值的比例，改变相角。

能量传送是在于电线周围的波印亭矢量，即电场和磁场的矢量己。当电线内电压和电流有位相差时，周围的电场和磁场也有位相差，造成波印亭矢量有时会倒向，由于这个正向反向是周期性的，所以说成驻波。

必须是在满足系统安全约束的条件下，去推成本最小，找到一种相对来说最“经济”的系统运行方式，来让调度运行人员使用。问题是这个最“经济”对应的成本很是与时俱进，最早是线损、煤耗（油耗、气耗）、水耗。需要说明的是，线损是个广义的说法，其实是指这个输配电网络的损耗。后来搞起放松管制、电力市场，那几个耗被发电公司的报价代替，好了许多，现在又要考虑排放和可再生能源无条件收购的问题。如果能把发电的各种排放也纳入到电厂报价时考虑的成本当然好，大家还是算钱，可实际上碳税还没有真正意义上的大面积推广，毕竟谁都知道电价关系着CPI，所以如中国目前搞节能发电调度的趋势，排放迟早也要算作目标函数之列。在电网里，从来安全和经济是一对矛盾，现在环保风大盛，矛盾中又要增加环保这么个第三者来了。

再返回前面说那个系统运行方式（Model？反正我是一直没有找到个合适的英文单词来说它），机组组合（Unit Commitment，国内叫开机方式）是系统运行方式的一部分，还有网架结构、厂站母线电压、变压器分接头控制、负荷分区等很多问题要考虑。因为损耗功率P=ΔU^2/Z，电压调整决定ΔU的大小，潮流分布决定Z的大小。而且这个方式还要应对电源、电网、负荷中随机变化，说开去很复杂的。

欧美当初deregulation风生水起，和天然气电厂这种短平快、经济、环保的发电方式出现是分不开的，这些技术上的优势动摇了发电业规模效应的基础。但是现在看，经济的优势已经没有了，所以deregulation的争议也越来越大了。

反过来就是要想不湿鞋，就别在河边走。

抽象来看，任何一个系统都有自己的稳定域，只要系统状态点离开稳定域边界足够的距离，就不会失去稳定。足够是指面对任何可能扰动都能恢复稳定状态。注意这里的可能，如果这个系统在设计制造的时候（上帝造地球、造人，人造电力系统）都没有想到过应对某一些可能的话，我们又怎么能在这类可能发生时去苛责那个系统呢？

诀窍在于理论到实际中的简化，直流法就曾经在电力系统优化中大行其道。

您想优化的大系统，现在只存在于理论中，市场化改革之后，基本上电厂与电网已经分家了，走的快的电网里面的输配调也已经分家了。如果没有强有力的政府来推动，这种大系统的优化是无法实现的

我的意思是随着电力需求的发展，目前这种结构估计是越来越糟。那么我们就有必要开发一种新结构。乃力兄也已经回答了一些我这个问题。老兄如果知道这方面进展，也请不吝赐教哦。

从电路理论来讲，负荷有两种性质，阻性resistance和抗性reactance，前者消耗能量（类比于摩擦力），后者吞吐能量（类比于弹力）。

纯阻性电路的U I P波形曲线，电源输出的功率最多只是被阻碍为零。

纯抗性电路的U I P波形曲线，电源输出的功率能量居然还被负荷给全数奉还了（见P在时间轴下面的负半波）。

现在看看这两个图，想想re-和act-两个词根的意思，就不难理解为什么管reactance叫“抗”了。

凡事都是先有了基本物质，才会考虑加工处理。电学也是一样，先测出了电压、电流的值，才会想到如何处理这些值，当先贤们用乘法得出一个值时，只用power表示，是因为那时只有直流电（老天爷用几块云彩摩擦摩擦得到了闪电，凡人照猫画虎也找来几块东西摩擦出点电荷来用电瓶装起来，这就是最早的人造电源。放风筝的那位找不到足够大的电瓶，错失了和老天爷进行电学实验交流的宝贵机会）。

直流电的功率，只跟阻性有关，和抗性无关，所以当时没人想什么瑞呀啊呀的。后来开始琢磨交流电的时候，因为乘积叫power，为了给reactance上的乘积加个定语，大家想到了reactive这个形容词。

再到后来，觉得resistance上的power也应该加个定语，这样才算对仗工整。于是大家从reactive想到了active，据说其中一个原因是在电阻上被消耗的电能是以大家都能感受到的热和光体现的，而化学上管能很容易发热发光的一些物质特性也叫active。就这样active凭借自身的努力和reactive的帮忙，击败了ture，在resistance教堂里牵上了power的手。

到此洋文配齐了，再往后流传到东亚。夫子们根据re这个词根和那个是否显性体现的特性，定下了“有功”、“无功”两个词，再往后就是莘莘学子如晨枫当年在犯晕了。

就是T3上州长在西部荒漠随手乱扔的东东

拱猪您玩过吗？

塞给别人什么牌最刺激？

草花十，变压器是也。

当初特斯拉和威斯汀豪斯击败爱迪生，主要一个原因就是交流电在传输过程中能改变电压，这样远距离输电的时候电流不用太大。线路损耗P = I^2 / Z，流经导线的电流小了损耗随之减小，而且载流量小了导线也不用造得太粗。就无功为了有功能过得好一点，随着交流电进入电力系统，也就此产生了无功够不够用、多不多余等一直到今天都不能很好解决的种种问题。

电网建设不够难啊！