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主题：【原创】电力系统漫谈 (一) 引子 -- 乃力
他们对电网的认识大概还停留在中学阶段干电池、导线和灯泡阶段吧。
要是没了电，俺的软件肯定是run不起来了
献花
听说某年台湾卡车撞倒一根高压线塔,造成超负荷连锁反应,最后大面积停电.半导体厂硅单晶都凝在锅里,损失惨重,世界上都有几天计算机内存条断货.
典型的长链式结构（河友们给推荐个存储空间放这个图吧！），扁担打断了，再好的棒棒儿也没办法
。
要我来作的话，先往龙潭、峨眉、中寮、嘉民、龙崎的架空母线上撒把石墨丝，这个345kV的网就废了。
再把几个大城市周边重要电厂火一灭，全黑也就差不多了。百万以上的，像北部的协和、林口、大潭，中部的通宵、台中、彰工、麦寮，南部的兴达、南部、大林，西部的和平，一个都不能少喽！
核一、核二、核三？那可不能随便动，不过可以动送出关键点，比如核一、核二送出汇集的这个开关站和深美，如果想加速台北黑暗过程的话，板桥也应该考虑。至于核三，网都没了，还发什么啊！
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什么是无功功率？它从哪里来，到哪里去？我常常这样问自己，但却总是得不到答案。有几次，感到似乎明白了一些，但当再仔细想想的时候，发现自己还是糊涂的。渐渐地，我知道了，在电力系统工作多久，这个问题就会困扰我多久。
一直在琢磨着是先写经济调度还是先写稳定性，突然间意识到自己犯了一个错误。虽然积累了一些资料，但并没有仔细的整理过。真正要写了，发现即使是其中一些曾做得很熟的东西，写起来也没想象中那么容易。正发愁呢，看到了无功给晨枫兄带来的恶梦，心生一计。先对晨大和各位有同样经历的朋友们说一声：你们并不孤单。
再说我的打算。以前看过一篇文章讲无功功率，又曾参加过一个公司内部的关于无功功率的讨论会，感觉不错，很糊涂。我打算以此为基础，和大家探讨一下无功的问题。这一章的宗旨是让糊涂的人依旧糊涂，把明白的人讲糊涂。
回到最开始的问题。什么是无功功率？先看看它的英文名字：Reactive Power。与其对应的是有功功率：Active Power 或者Real Power。有点儿奇怪，是不是？为什么无功功率不叫Unreal Power什么的？先别管那些，让我们看看基本的公式吧。
在前面一章中，提到过电力系统中常用的视在功率是一个复数：S=P+jQ。复数的实部是有功，虚部是无功（所以也有人叫它虚功）。对于一个纯电阻的系统（比如说直流系统），S=P=V*I，其中V是电压，I是电流，所有量都是实数。在交流系统里，S=V*I';，现在所有量都是复数了，例如，电流可以表示成I = a+jb。I'是I的共轭，等于a-jb。
在电力系统中，发电机把不同的能源转换成电能，向系统输出有功功率（有功功率乘以时间就是电能），有功功率通过输电线路送向千家万户。这个转换和传输的过程遵守能量守恒定律。简单地说，无功功率是交流电力系统中有功功率产生和传输的伴生品。稍微深入一些，可以说电力系统是个大的电磁场，有功功率在电磁场中产生并通过电磁场传输，无功功率是电磁转换中出现的一个电气量，只要这个电磁场存在，就会有无功。可见，虽然我们并不直接使用无功，但无功与有功是息息相关的。说到这里，我就无法再深入了，那需要精通电磁场的知识。如果再多说一点，我想强调一下，电能是通过环绕着输电线路的电磁场传输的，而不是输电线路本身。
对电力工程师来说，局面没有这么复杂，无功功率和有功功率一样是实实在在地存在着的。发电机不仅输出有功功率，也输出无功功率（有功出力、无功出力）；输电线路本身具有分布式的对地电容，也会产生无功；分布于系统各电压等级的并联电容器也在向系统输出着无功。经验告诉我们，当某个母线上向系统输出的无功增加时，母线的电压会升高，反之，电压就会降低。电力工程师正式利用了这个无功和电压的关系进行系统电压控制。我们还被告知，在系统里输送无功会带来不必要的有功损耗和电压降低，所以要尽可能地实现无功就地平衡。
可见，很多时候，理论虽然很复杂，但具体的工程应用就很简单。工程和理论的距离。如果用无功功率来衡量的话，就是明白和糊涂的距离。很远，也可能很近。
那我们就再来简略地看看理论方面。不是从电磁场，而是从交流电路的角度。（友情提示：如果你觉得已经明白了并且不想再糊涂，可以不看下面的内容。但你也可能会错过一些有意思的东西。）
我们先看一个简单的LRC电路，如图1所示。R是电阻，L是电感，C是电容，带圆圈的V是一个交流电源，最大电压是Vmax.。
图1 LRC电路
在某一时刻t，瞬时的电压、电流和功率可以表示为：
希腊字母θ表示的是电压和电流之间的相位角。上面功率公式中右边的第一部分就是瞬时有功功率，第二部分是瞬时无功功率。图2给出了功率相对于时间的变化曲线。
图2 瞬时功率
从图2可以看到有功功率的波形围绕着某一个平均值振荡，而无功功率则围绕着横轴振荡，也就是说其平均值是0。从平均值意义上说，无功功率从来就没有被产生过。
暂时跳回到本文的开头，在一般的电力系统计算中，可以把视在功率进一步展开，写成 S = P+jQ = VIcos(θ)+jVIsin(θ)；P=VIcos(θ)，Q=VIsin(θ)。其中V和I分别是电压和电流的有效值（电压和电流有类似图2的波形，为简单起见，请把有效值理解为一个周期内的某种平均值），θ是前面出现过的电压和电流之间的相角差。
这里的P=VIcos(θ)正好是图2中的有功功率的平均值。但Q=VIsin(θ)是什么呢？前面已经说了无功功率的平均值是0，所以不可能是平均值。实际上这个Q是图2中瞬时无功功率的最大值。看出问题没有？
在继续讨论之前，先做个小结。电力系统中常用的有功功率表达式，其物理意义是瞬时有功的平均值；无功的表达式是瞬时无功的最大值。这两个表达式广泛地应用于电力系统各种计算，但实际上，它们并不是一回事。
接着讨论一下功率的损耗。电能在电力网络中传输，就会有损耗。图3是个简单的电力系统，一台发电机（最左边）、一条线路、一个负荷（最右边的箭头所示），中间是线路。
图3 简单的电力系统
电流流过导线时产生热量，这就是有功功率的损耗。在负荷侧的有功功率平均值比发电机侧的要小。类似地，对于图3所示的简单电力系统，负荷侧的无功也可能比发电侧的无功小，这就是电力系统里常说的无功损耗。我们已经知道无功功率的平均值永远是零，不能减少了。那么无功损耗是什么呢？再回到无功的表达式Q=VIsin(θ)，假设电流和相位角不变，当负荷侧电压比发电侧电压低时，这样计算出来的无功功率就会减小。线路上的无功损耗实际上是电压幅值的降低。图4演示了线路两侧电压或无功功率的变化。发电机侧对应左边的波型。
图4 无功功率/电压损耗
总结一下。有功功率（实际上是电能）在电力系统中生产、传输、损耗。无功功率从来没有被生产、没有被传输、没有被损耗。但无功不是无用功，也不是为了计算方便引入的虚拟量。在交流电力系统中，它伴随着有功功率的生产和传输，它存在于电力系统的各个角落，只不过它的平均值是零。
明白了没有？没关系，如果只是对电力系统感兴趣，只需要记住本文中间那部分关于电力系统里无功功率的叙述就可以了。
最后，集中说几句关于众位河友在第二篇“电力系统运行的轮廓”后面提出的一些有意思的话题。
闲看蚂蚁上树谈电力系统发展，上得树来，站得高看得远，提出了建设新一代电力系统的问题。这确实是个发展方向。目前，有关的研究热点包括微网络、分布发电、电能存储等。一如既往提到的智能电表的问题，以及路人提到的使用高效电动机的问题，我都不太懂，不能乱讲。但这两个都是非常有意义的问题，关系到如何高效利用能源。希望能有相关专业的河友出来给介绍一下。
本文后半部分的主要参考文献：R. Fetea and A. Petroianu, “Reactive Power: A Strange Concept”。可以从Google上搜索到。
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咱是学弱电的，电路分析这块都要忘光了
说起无功，我就想起当年上系统分析课时老师突然问了句：“无功就是无用的功？有功就是有用的功？”然后坏坏一笑。
对于无功和有功个人认为可以这样理解：电力系统的目的是输送有功，无功是有功输送的载具。无功构建磁场，然后电生磁、磁生电。。。。。。但是线路的容量（视在功率）是有限的，就像一条路，宽度固定，机动车道多了，非机动车到就少。所以在系统里尽量要无功就地补偿，把通道让给有功
直流就是单纯输送有功的，在直流的输送过程中不需要交变磁场的存在。在HVDC的设计中滤波器同时兼顾了无功补偿的功能，如果不足就再加无功补偿
直流线路两端的交直流转换设备在交流系统里是非常大的无功负荷。需要在附近安装无功补偿设备来平衡。
好象是直到最近ABB推出的轻型HVDC（是不是这么翻译？）才开始具有无功调节能力。
现有的直流输电技术基本都是各厂家相互保密，各有所长。很多具体的技术问题都不是特别公开。在系统仿真计算时，经常为直流模型的准确性头疼。
看到你的问题后，特意向一个曾开发过智能电表的朋友请教了一下。但这位朋友也已经转行多年了，对现在的发展并不是特别清楚。
我个人猜测，如果是单纯的电表的话，主要是要解决分时计价的问题。如果是整个AMI，大概通讯协议、通讯方式可能也需要考虑。
不妨谈谈你的想法？
对我也是个全新的东西，到希望你能给大家科普一下。
俺的简易认识：
纯电容、电感只能充放电，不消耗功率。
无功电流就是负载中纯电容、电感的充放电电流。（说它是功率只是为了计算方便）
这充放电电流不被消耗，只在供电线路中来回流动。供电线路是有电阻的，这充放电电流会有一部分消耗在供电线路的电阻上，这就造成了额外的电压降，降低了负载端的电压。供电线路的最大承流能力是有限的，有了无功电流也就降低了有功电流的承流能力。无功电流也要从发电机输出（输入），也就降低了发电机输出有功电流的能力。
电网负载中以电感为主（电动机、变压器），主要是由电感充放电产生的无功电流。在电感负载端并接适当的电容，因为电感与电容的充放电电流刚好相反，这就使无功电流只在电感与临近的电容间流动，不流到电网上去，这就是电容补偿，提高了电网的功率因素。
这是说给初中文化水平以下的人听的。
而是直接转化掉的功率和储存（可正可负）在电网运行体系里某个地方的功率。直接用掉好办，储存就麻烦了，电网本来只是为了送电的，不是储存电能的。因此无功太多，电网就受不了。
就像橡胶水管，通过它流出来的是有功水，在管子里呆着的就是无功水。水压加大，管子膨胀，留下来的水多了，就是产生了正的无功水，水压下降，管子收缩，水多留出来一些，这是负的无功水。
所以无功不可以无限地大上去，否则系统就要被水（或电能）胀破了。
HVDC的整流和逆变两个过程消耗无功。传统的HVDC只能控制阀的开通而不能控制阀的关断，轻型HVDC则可以两个都控制，具体的还得翻翻书，