基于交流支路和節(jié)點聯(lián)合電氣剖分的節(jié)點電氣量分配原則

摘要：有關(guān)交流之路與節(jié)點聯(lián)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(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗，對交流支路和節(jié)點聯(lián)合電氣剖分的節(jié)點電氣量分配原則等相關(guān)問題進行了分析與闡述，以促進電氣剖分的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：交流之路；節(jié)點聯(lián)合；電氣剖分；節(jié)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(fā)展來看，比例共享原則是指導分配節(jié)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(jù)重要地位，并成為熱點問題研究的關(guān)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(fā)點，這種證明的力度顯然不足，所獲得的復功率比例關(guān)系仍有待完善。以當前大型電力網(wǎng)絡的應用現(xiàn)狀來看，已經(jīng)不存在絕對的“就地節(jié)點”理論，而注入源流的孤立節(jié)點也有待考慮。一般情況下，某一節(jié)點位置既可能留有就地節(jié)點源流，同時也存在支路源流的傳進與送出。在分析有關(guān)節(jié)點電氣量的分配問題時，應重點考量節(jié)點源流的特征，以及和該節(jié)點有關(guān)的支路源流特征，遵循各種基本的電氣原理及電氣規(guī)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(guī)律等，相關(guān)文獻也對其具體問題進行細致闡述。有關(guān)節(jié)點電氣量的分配問題，與以往研究的交流支路和節(jié)點聯(lián)合電氣剖分等問題具有直接關(guān)聯(lián)，再加上后者為前者奠定了方法基礎與理論依據(jù)，因此是否能將節(jié)點電氣量的分配問題劃分到“比例共享”原則范圍內(nèi)，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(guī)律。只有這樣，最終結(jié)論才能經(jīng)得起驗證，也是研究本文的根本所在。本文結(jié)合當前電氣工程應用與發(fā)展的實際狀況，對節(jié)點電氣量的相關(guān)剖分思想與辦法進行分析，闡明節(jié)點電氣量分配中的各方關(guān)系，并對具體內(nèi)容進行探討。

二、基于交流支路和節(jié)點聯(lián)合電氣剖分的節(jié)點電氣量分配分析

有關(guān)節(jié)點電氣量分配的論證，進一步表述有關(guān)節(jié)點電氣量對比例共享原則的滿足狀況，并據(jù)此進一步分析、解決有關(guān)問題，夯實理論基礎。應該注意的是，單純的節(jié)點電氣量比例關(guān)系并不是電力網(wǎng)絡源流路徑問題的全部。對于電氣量中的節(jié)點來說，可以看做是等電位，不同的節(jié)點源流處于節(jié)點內(nèi)部，產(chǎn)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(chǎn)生的損失有所區(qū)別。

產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因在于有關(guān)支路與節(jié)點遵循的規(guī)律有所不同，對于特定拓撲結(jié)構(gòu)下的電路網(wǎng)絡來說，其狀態(tài)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(xié)調(diào)，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(shù)電路的節(jié)點，在某一個時間瞬間，流進與流出的電流代數(shù)恒為零；這一定律恰恰體現(xiàn)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(guān)系進行明確之外，還提出了節(jié)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(guān)系之外，還應明確其適用對象為支路及回路，而并非節(jié)點。（2）歐姆定律。對于任何一個集合了總參數(shù)電路的支路來說，支路中的電壓以及流經(jīng)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(jié)點電氣量之間的關(guān)系，可反映基爾霍夫電流定律，再通過支路電氣量的關(guān)系，折射基爾霍夫電壓定律及歐姆定律的相關(guān)原則。

由以上分析可知，如果單純通過節(jié)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(wǎng)絡的各種定律之間制約關(guān)系，而在此基礎上獲得的源流供應關(guān)系，必然產(chǎn)生較大誤差，可參考性不強。這從一定側(cè)面表明，當前較為流行的流跟蹤方法，大多關(guān)聯(lián)比例共享原則，因此分析結(jié)果出現(xiàn)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(jié)點對象，用于界定某個節(jié)點的電氣量分配關(guān)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(guān)比例共享關(guān)系的界定，若想應用于整個電力網(wǎng)絡中，必然產(chǎn)生各種各樣的問題。由前文分析來看，必須從支路、節(jié)點相結(jié)合的角度為出發(fā)點，深入探析電力網(wǎng)絡源流的路徑關(guān)系。只有這樣，才能兼顧表現(xiàn)基爾霍夫電流、電壓定律以及歐姆定律之間的關(guān)系。

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

三、電氣剖分的節(jié)點電氣量分配原則

在電力網(wǎng)絡中，除了關(guān)注特定支路與節(jié)點關(guān)聯(lián)的相互關(guān)系之外，必須滿足電壓定律、歐姆定律等專業(yè)理論要求。經(jīng)過剖分的子網(wǎng)絡，主要來自原始電力網(wǎng)絡，同樣存有自身支路與節(jié)點之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，同時也需要滿足電壓定律、歐姆定律等，這是電力網(wǎng)絡剖分過程中必須遵循的原則，也是基于交流支路和節(jié)點聯(lián)合電氣剖分應該遵循的原則。可認定為，正確分析電力網(wǎng)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(guān)，應積極糾正。鑒于以上原則，可進一步歸納節(jié)點電氣量分配的具體原則，分析如下：

1．在剖分過程中，結(jié)合電力網(wǎng)絡中涉及到的各種基本電氣原理、電氣原則、電氣規(guī)律等，確保剖分的結(jié)果可全面接受具體電氣原理及相關(guān)規(guī)定的驗證。基本的電氣原理及規(guī)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(jié)果來說，必須具備狀態(tài)、能量、參數(shù)、拓撲的保持性。（1）剖分自網(wǎng)絡的節(jié)點集合與支路集合分別歸屬于原始網(wǎng)絡的節(jié)點集合與支路集合中的子集，對子網(wǎng)絡的支路進行深入剖析，同時節(jié)點關(guān)聯(lián)也與原始的網(wǎng)絡支路及節(jié)點有所關(guān)聯(lián)。因此可以說，各個剖分子網(wǎng)絡僅為繼承與保持原有網(wǎng)絡拓撲關(guān)系的其中一部分，更需要創(chuàng)新更多的拓撲關(guān)系；（2）在原始網(wǎng)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(lián)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(wǎng)絡中，部分節(jié)點中的源流分量應該和剖分子的支路對應相關(guān)，以滿足特殊的相位與幅值限制關(guān)系；（4）對于剖分子網(wǎng)絡中的所有節(jié)點來說，相位及電壓幅值應該與原始網(wǎng)絡保持一致，并對應電壓幅值與相位；（5）對于剖分子網(wǎng)絡中的各個剖分子支路，應該在沿支路和支路端節(jié)點的縱向位置分布，與任意節(jié)點之間保持對應關(guān)系；（6）在剖分子網(wǎng)絡中的剖分子支路中，能量性質(zhì)或者功率應該保持原有性質(zhì)，而不形成原有支路功率或者能量性質(zhì)之外的分量，同時也保持現(xiàn)有的支路功率及能量性質(zhì)分量。應該注意的是，分析電力網(wǎng)絡源流的供應關(guān)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(jié)語

由上可見，當前基于交流之路和節(jié)點聯(lián)合電氣剖分的節(jié)點電氣量分配方法已經(jīng)應用到整個電力網(wǎng)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(guān)理論的正確性研究具有重要意義。通過電力網(wǎng)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(diào)控網(wǎng)絡中的電氣供求關(guān)系，優(yōu)化輸電路徑，具有一定現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1] 王海霞，劉嬈，李衛(wèi)東，趙彩虹．邊際損耗分攤方法的負數(shù)問題研究[J].電自動化設備，2009，（4）．

[2]吉平，王黨文，謝志棠．多運行方式下PSS參數(shù)優(yōu)化算法的收斂特性改善[J].電工技術(shù)學報，2009，（3）．

[3]陳寧，于繼來．基于電氣剖分信息的風電系統(tǒng)有功調(diào)度與控制[J].中國電機工程學報，2008，（16）．

[4]湯奕，于繼來，劉憲林．交流支路的電氣剖分方法（一）普通支路的剖分[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，（2）．

[5]劉志堅．基于電氣剖分網(wǎng)絡的阻尼特性與低頻振蕩抑制對策研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2010．

[6]黃澤榮，龔演平．基于線路潮流轉(zhuǎn)歸分量的阻塞成本分攤[J]．能源技術(shù)經(jīng)濟，2010，（11）．

[7]李林川，黃海浪，李俊元，王靖然．基于統(tǒng)一邊際價格結(jié)算的用線性規(guī)劃法消除阻塞的算法[J]．電工技術(shù)學報，2006，（1）．

[8]張粒子，黃海濤．基于等效雙邊交易原則的雙邊交易邊際輸電損耗實用分攤方法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，（7）．

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）