基于交流支路和節點聯合電氣剖分的節點電氣量分配原則

摘要：有關交流之路與節點聯合電氣剖分的深入研究與全面掌握，對了解源流定量、提供重要信息具有重要意義。文章結合筆者實際工作經驗，對交流支路和節點聯合電氣剖分的節點電氣量分配原則等相關問題進行了分析與闡述，以促進電氣剖分的全面發展。

關鍵詞：交流之路；節點聯合；電氣剖分；節點電氣量

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0134-02

一、概述

以當前電氣工程的發展來看，比例共享原則是指導分配節點電氣量的最常用、最典型的辦法。一直以來，這一原則的應用并沒有足夠的理論知識，但是仍在諸多文獻中占據重要地位，并成為熱點問題研究的關鍵理論。雖然一些文獻中竭力證明比例共享原則的正確性，并逐漸推廣為復功率代表電氣量的模式。但是從客觀角度為出發點，這種證明的力度顯然不足，所獲得的復功率比例關系仍有待完善。以當前大型電力網絡的應用現狀來看，已經不存在絕對的“就地節點”理論，而注入源流的孤立節點也有待考慮。一般情況下，某一節點位置既可能留有就地節點源流，同時也存在支路源流的傳進與送出。在分析有關節點電氣量的分配問題時，應重點考量節點源流的特征，以及和該節點有關的支路源流特征，遵循各種基本的電氣原理及電氣規律，如歐姆定律、電壓定律等。

對于具體應遵循的電氣原理、電氣原則、電氣規律等，相關文獻也對其具體問題進行細致闡述。有關節點電氣量的分配問題，與以往研究的交流支路和節點聯合電氣剖分等問題具有直接關聯，再加上后者為前者奠定了方法基礎與理論依據，因此是否能將節點電氣量的分配問題劃分到“比例共享”原則范圍內，必須從多方面加強考慮，深入探討與分析電氣原理、電氣原則及電氣規律。只有這樣，最終結論才能經得起驗證，也是研究本文的根本所在。本文結合當前電氣工程應用與發展的實際狀況，對節點電氣量的相關剖分思想與辦法進行分析，闡明節點電氣量分配中的各方關系，并對具體內容進行探討。

二、基于交流支路和節點聯合電氣剖分的節點電氣量分配分析

有關節點電氣量分配的論證，進一步表述有關節點電氣量對比例共享原則的滿足狀況，并據此進一步分析、解決有關問題，夯實理論基礎。應該注意的是，單純的節點電氣量比例關系并不是電力網絡源流路徑問題的全部。對于電氣量中的節點來說，可以看做是等電位，不同的節點源流處于節點內部，產生的任何交換都不會造成無功功率或有功功率的損失，這與支路源流在支路中的無功功率或有功功率產生的損失有所區別。

產生這一現象的主要原因在于有關支路與節點遵循的規律有所不同，對于特定拓撲結構下的電路網絡來說，其狀態會受到電壓定律、基爾霍夫電流以及歐姆定律的限制。它們之間相互協調，和諧分工，具體分析如下：（1）基于基爾霍夫電流定律。對于任何一個基于總參數電路的節點，在某一個時間瞬間，流進與流出的電流代數恒為零；這一定律恰恰體現了電荷守恒定律在電路中的充分應用。在基爾霍夫電流定律中，除了對流進與流出電流之間的關系進行明確之外，還提出了節點為主要適用對象。在基爾霍夫電壓定律中，除了證明任一回路中的支路變壓必須滿足相應關系之外，還應明確其適用對象為支路及回路，而并非節點。（2）歐姆定律。對于任何一個集合了總參數電路的支路來說，支路中的電壓以及流經支路的電流與支路的阻抗相等。概括來說，鑒于基爾霍夫電流定律以及歐姆定律的針對目標位支路，也就是通過節點電氣量之間的關系，可反映基爾霍夫電流定律，再通過支路電氣量的關系，折射基爾霍夫電壓定律及歐姆定律的相關原則。

由以上分析可知，如果單純通過節點或者單純通過支路作為研究對象，很難全面考慮到電力網絡的各種定律之間制約關系，而在此基礎上獲得的源流供應關系，必然產生較大誤差，可參考性不強。這從一定側面表明，當前較為流行的流跟蹤方法，大多關聯比例共享原則，因此分析結果出現偏差。原因在于：雖然比例共享原則本身為科學、有效的，但是僅適用于節點對象，用于界定某個節點的電氣量分配關系，而對于支路以及回路中的電氣量 ，則并沒有任何制約作用。有關比例共享關系的界定，若想應用于整個電力網絡中，必然產生各種各樣的問題。由前文分析來看，必須從支路、節點相結合的角度為出發點，深入探析電力網絡源流的路徑關系。只有這樣，才能兼顧表現基爾霍夫電流、電壓定律以及歐姆定律之間的關系。

因此，在對電力網絡源流的供求路徑進行分析時，必須改變過去單純考慮節點或者支路的片面做法，而是合理選擇節點與相關支路組成的電氣集合體關系，并以此作為研究電力網絡源流路徑中電氣剖分的基本要素。

三、電氣剖分的節點電氣量分配原則

在電力網絡中，除了關注特定支路與節點關聯的相互關系之外，必須滿足電壓定律、歐姆定律等專業理論要求。經過剖分的子網絡，主要來自原始電力網絡，同樣存有自身支路與節點之間的關聯性關系，同時也需要滿足電壓定律、歐姆定律等，這是電力網絡剖分過程中必須遵循的原則，也是基于交流支路和節點聯合電氣剖分應該遵循的原則。可認定為，正確分析電力網絡源流和定量供求的雙方過程，與電壓定律、基爾霍夫電流等不相關，應積極糾正。鑒于以上原則，可進一步歸納節點電氣量分配的具體原則，分析如下：

1．在剖分過程中，結合電力網絡中涉及到的各種基本電氣原理、電氣原則、電氣規律等，確保剖分的結果可全面接受具體電氣原理及相關規定的驗證。基本的電氣原理及規定主要包括：電壓定律、歐姆定律、朗日萬定理及能量守恒定律。

2．對電氣剖分結果來說，必須具備狀態、能量、參數、拓撲的保持性。（1）剖分自網絡的節點集合與支路集合分別歸屬于原始網絡的節點集合與支路集合中的子集，對子網絡的支路進行深入剖析，同時節點關聯也與原始的網絡支路及節點有所關聯。因此可以說，各個剖分子網絡僅為繼承與保持原有網絡拓撲關系的其中一部分，更需要創新更多的拓撲關系；（2）在原始網絡中，某一個支路中所有的剖分子支路中，原支路阻抗和支路阻抗的并聯值相等，同時子電抗和子電阻同原支路的電抗和電阻物理特性相同；（3）在剖分子網絡中，部分節點中的源流分量應該和剖分子的支路對應相關，以滿足特殊的相位與幅值限制關系；（4）對于剖分子網絡中的所有節點來說，相位及電壓幅值應該與原始網絡保持一致，并對應電壓幅值與相位；（5）對于剖分子網絡中的各個剖分子支路，應該在沿支路和支路端節點的縱向位置分布，與任意節點之間保持對應關系；（6）在剖分子網絡中的剖分子支路中，能量性質或者功率應該保持原有性質，而不形成原有支路功率或者能量性質之外的分量，同時也保持現有的支路功率及能量性質分量。應該注意的是，分析電力網絡源流的供應關系以及源流路徑問題過程中，必須遵循以上原則，否則將會造成錯誤或偏差。

四、結語

由上可見，當前基于交流之路和節點聯合電氣剖分的節點電氣量分配方法已經應用到整個電力網絡中，包括源流路徑的電氣剖分問題。同時，這一分配原則對電氣相關理論的正確性研究具有重要意義。通過電力網絡源流路徑的電氣剖分方法，積極應用電壓定律、基爾霍夫電流及歐姆定律等，可全面分析調控網絡中的電氣供求關系，優化輸電路徑，具有一定現實意義。

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作者簡介：羅享全（1982-），男，廣東廣州人，廣東電視臺助理工程師，研究方向：電力電氣分配原則。

（責任編輯：劉 晶）