电气化铁路电能质量的模糊评估方法

任丽苗（兰州交通大学，甘肃 兰州 730070）

电气铁道铁路负荷具有非线性、单相、冲击性的特点，它的运行通常会给当地电网带来包括负序和谐波干扰等方面的电能质量问题，电气化铁路的电能质量的问题越来越引起人们的关注[1]。目前电气化铁路电能质量的评估只是针对于相应单项评价指标，按照国家标准规定的限值给出了超标和不超标两级评价指标。两级评价结果过于简单，不准确。电气铁道铁路负荷与一般三相电力系统不同，具有其独特性，本文将结合电气铁道铁路独有特点，运用模糊法对电气化铁路的电能质量进行综合性评价。

1 电能质量的指标

从实用的角度出发，对电能质量进行详细的剖析，可以细分为技术成分和非技术成分。本文着重研究电能质量技术性指标的评估。技术性指标包括电压质量、频率质量和供电可靠性三个方面。GB12325-90、GB14549-93、GB15543-95、GB15945-95、GB12326-2000提出了相关技术性指标。在电气化铁道中，通常只考虑电压质量问题。

2 电能质量指标的隶属度模型

目前,我国对于电能质量的等级并没有一个统一的划分方法。文献[2]采用了模糊原理的方法对电能质量定量评价,将其分为优质、合格、低质、不合格四类。文献[3]将其分为常质(normal quality)、优质(premium quality)、高质(high quality)电力三个级别。文献[4]采用了模糊原理的方法对电能质量定量评价，将其分为1-10十个等级进行评估。本文将电能质量综合评价用五级模糊评价集合V{优质,良好,合格,较差,差}来描述。

考虑到电能质量指标按区间分布的特点,本文选择梯形分布作为主要的函数结构[6]。每个电能质量的单相指标分为五级，分别对应于H=“优质”，I=“良好”，J=“合格”，K=“较差”，L=“差”五个模糊集合，每个模糊集的隶属函数如图1所示。

图1 模糊集的隶属函数图

3 电能质量指标权重系数

确定指标权重系数的方法大致可分为主观赋权法和客观赋权法。客观赋权法是根据指标所反映的客观信息来确定权重的一种方法[5]。主观赋权法的客观性差，但解释性强；客观赋权法具有客观性较强，但有时会出现重要程度与实际相悖的情况，且解释性较差。因此，本文的电能质量各个指标权重系数采用专家个人经验以及电气化铁道独有特点进行取值。电压偏差、三相不平衡、电压谐波、电压波动这四个指标的权重取为0.1，0.3，0.4，0.2，得到权重系数矩阵A：

A=（0.1，0.3，0.4，0.2）

4 电能质量评价

根据对我国电气化铁路电能质量情况分析得出因素集U={u1，u2，u3，u4}，u1、u2、u3、u4 分别表示电压偏差、三相不平衡度、电压谐波、电压波动四个技术性指标。评价集合分为V={v1，v2，v3，v4，v5}。v1、v2、v3、v4、v5分别代表优质、良好、合格、较差、差。

评判矩阵R为：

其中，rij(i值固定，j=1,2,3,4,5)，表示第i个电能质量指标对于评价集合的隶属度。当i取1,2,3,4分别代表电能质量的电压偏差、三相不平衡度、电压谐波、电压波动这四个指标。

综合评价结果Q

最后按照最大隶属度原则，最终得到电能质量评价结果。

5 案例分析

若电气化铁路相关电能质量实测数据为：电压偏差、三相不平衡度、电压谐波、电压波动的平均值为：8%，3%，4%，12%。国标规定限制为10%，2%，2%，%10。从单项指标来看有三个指标超标，应该电能质量不合格。电能质量的分级评价，首先，计算出模糊关系矩阵R：

综合评价结果

最后按照最大隶属度原则，v5的隶属度最大为0.4，电能质量综合评价结果为：差，与指标反映情况是一致。

6 结 语

本文介绍了电能质量评估常用方法，在此基础上，结合电气化铁路独特的特点，利用主观赋权法确定了每个指标的权重，运用模糊评估法对电气化铁路电能质量进行综合评估，最终评价结果分为五级，与两级评价结果相比，评价结果更加合理。