主题：【原创】电力系统漫谈 (一) 引子 -- 乃力
普天之下，莫非场土
线路尤其是电缆，有着大小不一的相地、相间耦合电容，正是这些沿着每一寸导体分布的电容，手把手地传输着无功功率。
顺便问一下，什么是NIMBY?
无功功率就象存在鞋里弹簧中的能量,你每次往下踏时它软一下,你抬脚时它往上推一下.因此那弹簧虽不耗能,但却让你在踏的时后要多用些力气,力不是全用在该用的时候,脚踩棉花,累. 交流电路每秒踏步(送电)60次(国内,欧洲50次),每次送电要多送一些电流,以便满足那些电感,电容之类的弹簧. 多送电就让电网多些损耗.另个例子就是打乒乓球时胳膊上加沙袋...
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
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。
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？
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。
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。
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。
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。
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。
请继续写下去。我觉得电网更有趣的地方是系统论和控制论的应用。美国如此先进的国家都难免供电网大面积瘫痪的事故，可见供电系统不是一件容易的工程。
先啰嗦几句别的。刚刚过去的一个星期，是悲伤和激动交织的一个星期。四川等省的地震牵动了整个中华民族的心。我作为其中的一个小小个体，也和大多数河友一样，夜夜守在网络上，看着各种来自前线的报道，为受难的同胞祈祷。同时，也为曙光初现的祖国和民族的腾飞而欢呼。
这个星期，没有时间写这个专题。花了些时间参与组织了公司内部的募捐活动。其间有个小插曲。募捐的当天，正好有一个国内的代表团来公司参观，大概是国电电力的团。他们出来有些日子了，对地震的了解并不比我们多，似乎还是从我们展出的图片上第一次感受到现场的惨烈。一般地，我对这种考察团有天然的抵触，但这一天，我对他们有一种发自内心的亲切感。他们也做得很棒，两个看上去象是带队的先生在离开的时候都捐了款。我注意到他们随身携带的美元并不多。
我的思绪总是被这些和地震有关的事情打断。不过，既然开了电力系统漫谈这个系列，总是要写下去。另外，一个小小的无功功率话题，让我试出了西西河在电力系统这个旁支末节的水域一样深不可测；大概是因为我们有世界驰名的铁手牌挖掘机的缘故吧。看来，任务比我想象的更艰巨。幸好，从最开始我就告诫自己虽然是漫谈但不能瞎白话，认真写下去，就会有收获。
在经济运行和系统稳定之间犹豫了好久，还是决定先写系统稳定这一块。这也是受了地震的影响。灾难发生的时候，我们更深刻的体会到为什么是“稳定压倒一切”。这次地震后的抢险救灾开展的如此迅速和成功，我们国家和社会的安定团结是一个重要的先决条件。没有了社会的稳定，不用说救灾，正常的生活都无法保证，经济更是无法发展。一个社会如此，电力系统也是这样。不管电力市场改革如何进行，也不管有多少新的利益悠关者进入这个系统，不管他们之间的利益分歧有多大，电力系统稳定永远都是系统内各个实体（包括终端用户）的共同利益。
这也是为什么各个大的互联电网总要有一个最高权力机构负责系统的稳定性，这个机构可能是政府的组成部分或国家的公司（例如我国以前的电力部和现在的国网公司和南方电网），也可能是政府授权的代理机构。在北美，因为加拿大、美国和墨西哥北部联网运行，所以这个机构的名字叫北美电力可靠性合作组织（NERC -- North American Electric Reliability Corporation）。现在国内搞全国联网，不知道当南方电网和国网的系统联网运行以后，是否也要成立这样一个机构来协调两个电网的运行。
电力系统稳定是一个非常宽泛也非常含混的概念。在工程实践中，不同的电网、不同的公司、甚至不同的工程师都有各自的理解和各自的定义。鸡同鸭讲的事情时有发生。各个国际标准化组织和各电网管理机构都试图给出统一明确的定义，但始终无法对抗来自运行第一线的传统。可能有人已经注意到了，上文中NERC的名字里用的是可靠性 （Reliability）而不是稳定性（Stability）。从字面上看，可靠性是比稳定性更广的一个概念。NERC这么用是没有问题的。若干年前，IEEE（国际电气电子工程师协会）也曾经建议统一使用可靠性来取代稳定性。但问题是可靠性这个词在工程上有一个特殊的含义，就是用统计方法来分析系统运行和停运的概率。所以这个建议至今还没有被广泛地采纳。特别是在学术界，完全是泾渭分明。反倒是在工程界，在一些报告中，有时会用可靠性来代替稳定性。但是，需要注意的是，很多时候，如果可靠性这个词是单独使用的，那么往往是只基于确定性分析的稳定性。如果需要表示其本来的统计意义上的可靠性，一般还要加上“统计”（Stochastic或Probabilistic）这个限定词。
因为后面还要专门讲统计意义上的电力系统可靠性（写到此处，手心冒汗：概率和随机过程从来就没有学明白过），所以这里继续使用稳定性（Stability）一词。一般来说，电力系统稳定性是指电力系统应具备的一种能力，以保证系统在非故障（disturbance）情况下能在一个较优的运行点上的维持功率平衡；在故障情况下尽可能地保证系统的完整性，使系统能在一个还可以接受的运行点上继续运行，而不至于出现系统大范围的停电或非控制的系统解裂。
写到这里，需要解释一下。在后面遇到一些术语时，我可能会经常把中英文并列。主要原因是我到美国以后才深入接触电力系统稳定性，很多中文名字都是根据自己的理解直接翻译过去的，可能不是太准确。
历史上，电力系统稳定性可以分为广义的和狭义的稳定性。广义的电力系统稳定性包括了电力系统静态安全（static security）和动态稳定（dynamic stability）。狭义的电力系统稳定则特指动态稳定。为什么说是“历史上”呢？一方面，主要是因为现在的电力系统稳定性基本上是特指动态稳定；另一方面，IEEE和国际大电网会仪(CIGRE)已经建议停止使用“动态稳定”这个词，这个建议已经逐渐为学术和工程界接受。
分析不同类型的系统稳定性要采用不同的衡量指标和相应的分析方法。电力系统静态安全所用的指标是系统各元件的静态极限（一般是热极限，所以也叫热稳定）。所采用的方法是电力调度自动化系统中的故障分析（Contingency Analysis）。简单地说就是对所有可能的开断故障进行扫描，看在故障情况下是否有流经系统元件的电流或功率超出其极限的情况。现在的调度自动化系统中，基本上都是直接使用电力系统潮流计算进行故障扫描。
早期，因为计算机能力的限制，无法快速计算大系统的潮流，所以有很多研究人员开发了各种快速扫描方法。这些方法主要通过简化和近似计算，例如把非线性的系统简化为线性系统，来加快计算速度。虽然现在调度自动化系统已经不再使用这些简化计算，但调度员和很多传统的运行方式工程师还很喜欢这些简单明了的方法。而且，在很多情况下，这些简化计算也具有很高的精度。
静态安全分析实际上用到了一个假设。就是假设系统在发生元件的开断故障后能够自我恢复到一个（动态稳定意义上的）稳定运行点。在大系统中，这个假设大多数情况下是成立的。静态安全分析的主要难点在快速计算。在计算机高度发展的今天，静态安全分析作为一个研究方向已经失去了意义。但在电力系统实际运行中，它却是最最常见的问题，是调度员和运行方式工程师时刻都要面对的。
在实时运行中，关注静态安全的意义，一方面是保护设备，另一方面，也是更重要的，是避免发生一个设备超出热稳定极限导致连锁反应的情况。比如说，一条线路因为过载被自动保护装置切除，可能会导致另外一条并联线路也过载并被切除，然后导致更多的线路过载，如此以往，最终导致系统无法维持动态稳定。
套用一句老话来总结一下静态安全和动态稳定的关系。电力系统是个动态的系统，静态是相对的，动态是绝对的。所以，对电力系统静态安全的讨论就先告一段落，后面的讨论将集中到动态稳定上，并将直接使用电力系统稳定来代替动态稳定。
电力系统（动态）稳定性又有很多种不同的分类。从其主导因素来分，可以分为：
1、 暂态稳定---主要是研究由于瞬间的功率不平衡引起的发电机群之间的角度失稳问题。这里的角度是发电机转子（发电机的转动部分）的电气角度。
2、 小干扰稳定---也叫小信号稳定。主要研究由于系统结构不合理（或不够强）导致对于小干扰引起的振荡缺少足够的阻尼，可能导致系统渐进失稳的问题。
3、 电压稳定---主要研究由于系统电压过低或无功不足导致的系统无法维持在稳定运行点的问题。
前两类主要是在系统状态空间上进行分析（发电机转子的电气角度是一个状态量），分析的基础是系统的代数-微分方程、李雅普诺夫能量函数和现代控制理论。电压稳定则有些类似于前面讲过的静态稳定，主要分析方法基于电力系统潮流计算，不过分析将扩展到潮流的多解性（PV曲线）和无功安全边际（QV曲线）等问题。实际上，还有一类稳定问题，被广泛称做暂态电压稳定。主要表现为在大的扰动后，系统电压由于无功支持不够而难以迅速恢复，从而导致系统失去稳定。相对的，前面讲的暂态稳定也被叫做暂态功角稳定。两者互相影响，你中有我，所以将放在一起讨论。
如果你坚持看到这里，大概你已经知道，电力系统稳定性这部分内容将是十分枯燥乏味的，而且会有互相交织，可能一个话题没谈完又扯出另外一个。而我自己，也深深地怀念起当潜水员的幸福时光。在河里只看不写的日子是多么的美好啊！有诗为证：
西西之水清兮，我多想尽情在这里游（潜水），
西西之水浊兮，我拔出萝卜带起了泥（挖坑）。
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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。