電氣化鐵路電能質量的模糊評估方法

任麗苗（蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070）

電氣鐵道鐵路負荷具有非線性、單相、沖擊性的特點，它的運行通常會給當地電網帶來包括負序和諧波干擾等方面的電能質量問題，電氣化鐵路的電能質量的問題越來越引起人們的關注[1]。目前電氣化鐵路電能質量的評估只是針對于相應單項評價指標，按照國家標準規定的限值給出了超標和不超標兩級評價指標。兩級評價結果過于簡單，不準確。電氣鐵道鐵路負荷與一般三相電力系統不同，具有其獨特性，本文將結合電氣鐵道鐵路獨有特點，運用模糊法對電氣化鐵路的電能質量進行綜合性評價。

1 電能質量的指標

從實用的角度出發，對電能質量進行詳細的剖析，可以細分為技術成分和非技術成分。本文著重研究電能質量技術性指標的評估。技術性指標包括電壓質量、頻率質量和供電可靠性三個方面。GB12325-90、GB14549-93、GB15543-95、GB15945-95、GB12326-2000提出了相關技術性指標。在電氣化鐵道中，通常只考慮電壓質量問題。

2 電能質量指標的隸屬度模型

目前,我國對于電能質量的等級并沒有一個統一的劃分方法。文獻[2]采用了模糊原理的方法對電能質量定量評價,將其分為優質、合格、低質、不合格四類。文獻[3]將其分為常質(normal quality)、優質(premium quality)、高質(high quality)電力三個級別。文獻[4]采用了模糊原理的方法對電能質量定量評價，將其分為1-10十個等級進行評估。本文將電能質量綜合評價用五級模糊評價集合V{優質,良好,合格,較差,差}來描述。

考慮到電能質量指標按區間分布的特點,本文選擇梯形分布作為主要的函數結構[6]。每個電能質量的單相指標分為五級，分別對應于H=“優質”，I=“良好”，J=“合格”，K=“較差”，L=“差”五個模糊集合，每個模糊集的隸屬函數如圖1所示。

圖1 模糊集的隸屬函數圖

3 電能質量指標權重系數

確定指標權重系數的方法大致可分為主觀賦權法和客觀賦權法。客觀賦權法是根據指標所反映的客觀信息來確定權重的一種方法[5]。主觀賦權法的客觀性差，但解釋性強；客觀賦權法具有客觀性較強，但有時會出現重要程度與實際相悖的情況，且解釋性較差。因此，本文的電能質量各個指標權重系數采用專家個人經驗以及電氣化鐵道獨有特點進行取值。電壓偏差、三相不平衡、電壓諧波、電壓波動這四個指標的權重取為0.1，0.3，0.4，0.2，得到權重系數矩陣A：

A=（0.1，0.3，0.4，0.2）

4 電能質量評價

根據對我國電氣化鐵路電能質量情況分析得出因素集U={u1，u2，u3，u4}，u1、u2、u3、u4 分別表示電壓偏差、三相不平衡度、電壓諧波、電壓波動四個技術性指標。評價集合分為V={v1，v2，v3，v4，v5}。v1、v2、v3、v4、v5分別代表優質、良好、合格、較差、差。

評判矩陣R為：

其中，rij(i值固定，j=1,2,3,4,5)，表示第i個電能質量指標對于評價集合的隸屬度。當i取1,2,3,4分別代表電能質量的電壓偏差、三相不平衡度、電壓諧波、電壓波動這四個指標。

綜合評價結果Q

最后按照最大隸屬度原則，最終得到電能質量評價結果。

5 案例分析

若電氣化鐵路相關電能質量實測數據為：電壓偏差、三相不平衡度、電壓諧波、電壓波動的平均值為：8%，3%，4%，12%。國標規定限制為10%，2%，2%，%10。從單項指標來看有三個指標超標，應該電能質量不合格。電能質量的分級評價，首先，計算出模糊關系矩陣R：

綜合評價結果

最后按照最大隸屬度原則，v5的隸屬度最大為0.4，電能質量綜合評價結果為：差，與指標反映情況是一致。

6 結 語

本文介紹了電能質量評估常用方法，在此基礎上，結合電氣化鐵路獨特的特點，利用主觀賦權法確定了每個指標的權重，運用模糊評估法對電氣化鐵路電能質量進行綜合評估，最終評價結果分為五級，與兩級評價結果相比，評價結果更加合理。