基于交流支路和节点联合电气剖分的节点电气量分配原则

摘要：有关交流之路与节点联合电气剖分的深入研究与全面掌握，对了解源流定量、提供重要信息具有重要意义。文章结合笔者实际工作经验，对交流支路和节点联合电气剖分的节点电气量分配原则等相关问题进行了分析与阐述，以促进电气剖分的全面发展。

关键词：交流之路；节点联合；电气剖分；节点电气量

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）01-0134-02

一、概述

以当前电气工程的发展来看，比例共享原则是指导分配节点电气量的最常用、最典型的办法。一直以来，这一原则的应用并没有足够的理论知识，但是仍在诸多文献中占据重要地位，并成为热点问题研究的关键理论。虽然一些文献中竭力证明比例共享原则的正确性，并逐渐推广为复功率代表电气量的模式。但是从客观角度为出发点，这种证明的力度显然不足，所获得的复功率比例关系仍有待完善。以当前大型电力网络的应用现状来看，已经不存在绝对的“就地节点”理论，而注入源流的孤立节点也有待考虑。一般情况下，某一节点位置既可能留有就地节点源流，同时也存在支路源流的传进与送出。在分析有关节点电气量的分配问题时，应重点考量节点源流的特征，以及和该节点有关的支路源流特征，遵循各种基本的电气原理及电气规律，如欧姆定律、电压定律等。

对于具体应遵循的电气原理、电气原则、电气规律等，相关文献也对其具体问题进行细致阐述。有关节点电气量的分配问题，与以往研究的交流支路和节点联合电气剖分等问题具有直接关联，再加上后者为前者奠定了方法基础与理论依据，因此是否能将节点电气量的分配问题划分到“比例共享”原则范围内，必须从多方面加强考虑，深入探讨与分析电气原理、电气原则及电气规律。只有这样，最终结论才能经得起验证，也是研究本文的根本所在。本文结合当前电气工程应用与发展的实际状况，对节点电气量的相关剖分思想与办法进行分析，阐明节点电气量分配中的各方关系，并对具体内容进行探讨。

二、基于交流支路和节点联合电气剖分的节点电气量分配分析

有关节点电气量分配的论证，进一步表述有关节点电气量对比例共享原则的满足状况，并据此进一步分析、解决有关问题，夯实理论基础。应该注意的是，单纯的节点电气量比例关系并不是电力网络源流路径问题的全部。对于电气量中的节点来说，可以看做是等电位，不同的节点源流处于节点内部，产生的任何交换都不会造成无功功率或有功功率的损失，这与支路源流在支路中的无功功率或有功功率产生的损失有所区别。

产生这一现象的主要原因在于有关支路与节点遵循的规律有所不同，对于特定拓扑结构下的电路网络来说，其状态会受到电压定律、基尔霍夫电流以及欧姆定律的限制。它们之间相互协调，和谐分工，具体分析如下：（1）基于基尔霍夫电流定律。对于任何一个基于总参数电路的节点，在某一个时间瞬间，流进与流出的电流代数恒为零；这一定律恰恰体现了电荷守恒定律在电路中的充分应用。在基尔霍夫电流定律中，除了对流进与流出电流之间的关系进行明确之外，还提出了节点为主要适用对象。在基尔霍夫电压定律中，除了证明任一回路中的支路变压必须满足相应关系之外，还应明确其适用对象为支路及回路，而并非节点。（2）欧姆定律。对于任何一个集合了总参数电路的支路来说，支路中的电压以及流经支路的电流与支路的阻抗相等。概括来说，鉴于基尔霍夫电流定律以及欧姆定律的针对目标位支路，也就是通过节点电气量之间的关系，可反映基尔霍夫电流定律，再通过支路电气量的关系，折射基尔霍夫电压定律及欧姆定律的相关原则。

由以上分析可知，如果单纯通过节点或者单纯通过支路作为研究对象，很难全面考虑到电力网络的各种定律之间制约关系，而在此基础上获得的源流供应关系，必然产生较大误差，可参考性不强。这从一定侧面表明，当前较为流行的流跟踪方法，大多关联比例共享原则，因此分析结果出现偏差。原因在于：虽然比例共享原则本身为科学、有效的，但是仅适用于节点对象，用于界定某个节点的电气量分配关系，而对于支路以及回路中的电气量 ，则并没有任何制约作用。有关比例共享关系的界定，若想应用于整个电力网络中，必然产生各种各样的问题。由前文分析来看，必须从支路、节点相结合的角度为出发点，深入探析电力网络源流的路径关系。只有这样，才能兼顾表现基尔霍夫电流、电压定律以及欧姆定律之间的关系。

因此，在对电力网络源流的供求路径进行分析时，必须改变过去单纯考虑节点或者支路的片面做法，而是合理选择节点与相关支路组成的电气集合体关系，并以此作为研究电力网络源流路径中电气剖分的基本要素。

三、电气剖分的节点电气量分配原则

在电力网络中，除了关注特定支路与节点关联的相互关系之外，必须满足电压定律、欧姆定律等专业理论要求。经过剖分的子网络，主要来自原始电力网络，同样存有自身支路与节点之间的关联性关系，同时也需要满足电压定律、欧姆定律等，这是电力网络剖分过程中必须遵循的原则，也是基于交流支路和节点联合电气剖分应该遵循的原则。可认定为，正确分析电力网络源流和定量供求的双方过程，与电压定律、基尔霍夫电流等不相关，应积极纠正。鉴于以上原则，可进一步归纳节点电气量分配的具体原则，分析如下：

1．在剖分过程中，结合电力网络中涉及到的各种基本电气原理、电气原则、电气规律等，确保剖分的结果可全面接受具体电气原理及相关规定的验证。基本的电气原理及规定主要包括：电压定律、欧姆定律、朗日万定理及能量守恒定律。

2．对电气剖分结果来说，必须具备状态、能量、参数、拓扑的保持性。（1）剖分自网络的节点集合与支路集合分别归属于原始网络的节点集合与支路集合中的子集，对子网络的支路进行深入剖析，同时节点关联也与原始的网络支路及节点有所关联。因此可以说，各个剖分子网络仅为继承与保持原有网络拓扑关系的其中一部分，更需要创新更多的拓扑关系；（2）在原始网络中，某一个支路中所有的剖分子支路中，原支路阻抗和支路阻抗的并联值相等，同时子电抗和子电阻同原支路的电抗和电阻物理特性相同；（3）在剖分子网络中，部分节点中的源流分量应该和剖分子的支路对应相关，以满足特殊的相位与幅值限制关系；（4）对于剖分子网络中的所有节点来说，相位及电压幅值应该与原始网络保持一致，并对应电压幅值与相位；（5）对于剖分子网络中的各个剖分子支路，应该在沿支路和支路端节点的纵向位置分布，与任意节点之间保持对应关系；（6）在剖分子网络中的剖分子支路中，能量性质或者功率应该保持原有性质，而不形成原有支路功率或者能量性质之外的分量，同时也保持现有的支路功率及能量性质分量。应该注意的是，分析电力网络源流的供应关系以及源流路径问题过程中，必须遵循以上原则，否则将会造成错误或偏差。

四、结语

由上可见，当前基于交流之路和节点联合电气剖分的节点电气量分配方法已经应用到整个电力网络中，包括源流路径的电气剖分问题。同时，这一分配原则对电气相关理论的正确性研究具有重要意义。通过电力网络源流路径的电气剖分方法，积极应用电压定律、基尔霍夫电流及欧姆定律等，可全面分析调控网络中的电气供求关系，优化输电路径，具有一定现实意义。

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作者简介：罗享全（1982-），男，广东广州人，广东电视台助理工程师，研究方向：电力电气分配原则。

（责任编辑：刘 晶）