電力變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究

顧斯洋，王 軍，張 英，黃永烈，崔 鵬，扈常生

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司營口供電公司，遼寧 營口115000）

0 引 言

電網(wǎng)中，電力變壓器運(yùn)行的負(fù)荷較大，電力變壓器發(fā)出的低頻噪聲嚴(yán)重影響著周圍居民的生活。為了保證電力變壓器的低頻噪聲不影響周邊居民的正常生活，必須采用有效措施，治理電力變壓器的噪聲。有源噪聲控制技術(shù)可以有效控制電力變壓器的低頻噪聲，降低電力變壓器低頻噪聲強(qiáng)度，通過研究電力變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，提高電力變壓器對有源噪聲的控制效果。

1 變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)分析

變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)中的控制器包括軟件和硬件兩部分。軟件主要是實(shí)現(xiàn)有源控制的算法，硬件是為軟件應(yīng)用提供基礎(chǔ)平臺架構(gòu)的。在有源噪聲控制系統(tǒng)中，控制器可以根據(jù)參數(shù)變化，自動調(diào)整權(quán)系數(shù)向量，從而達(dá)到最優(yōu)化的控制效果。有源噪聲控制系統(tǒng)的控制器采用自適應(yīng)濾波器進(jìn)行建模，權(quán)系數(shù)采用FXLMS算法進(jìn)行更新。有源噪聲控制系統(tǒng)中的傳感器主要是聲傳感器和誤差傳感器兩種。聲傳感器具有電壓和聲壓相互轉(zhuǎn)換的功能，把變壓器采集到的聲壓信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將信號輸入到控制系統(tǒng)中。聲傳感器的性能直接影響有源噪聲控制系統(tǒng)的降噪效果。在有源噪聲控制系統(tǒng)中，在變壓器上安裝的聲傳感器叫做參考聲傳感器，收集的信號可以作為控制器的輸入信號。在待降噪?yún)^(qū)安置的聲傳感器，把收集到的誤差信號返回給控制器，可以有效幫助控制器權(quán)系數(shù)進(jìn)行更新[1]。

2 變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)干擾源分析

經(jīng)過變壓器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行測試結(jié)果表明，因?yàn)楸尘霸肼暤膯栴}，在有源噪聲控制系統(tǒng)中，聲傳感器收集的信號在信噪上比較低。在收集的信號中不僅有變壓器的噪聲信號，而且有周期性噪聲干擾、寬帶噪聲、沖擊性噪聲干擾和非相關(guān)干擾等其他干擾信號。周期性噪聲干擾主要來源于變電站裝置的周期性運(yùn)行和電氣干擾等，波形比較穩(wěn)定。超出變壓器噪聲主頻譜的波段可以通過帶通濾波器進(jìn)行濾除。所有周期性噪聲干擾對有源噪聲控制系統(tǒng)的影響很小。寬帶噪聲來源的種類較多，如氣流噪聲、熱噪聲等聲源。對寬帶噪聲可以采用高斯白噪聲進(jìn)行處理，通過自適應(yīng)算法削弱帶寬噪聲帶來的噪聲干擾。沖擊波噪聲干擾持續(xù)時(shí)間短，但是對控制器的穩(wěn)定性造成了很大影響，可以采用FXLMS算法提高有源噪聲控制系統(tǒng)的抗沖擊性干擾能力。

3 電力變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究

3.1 有源噪聲控制系統(tǒng)抗沖擊性噪聲干擾技術(shù)研究

沖擊性噪聲干擾技術(shù)采用的算法主要是FXLMS算法。但是，在參考信號遠(yuǎn)離大幅值信號時(shí)候，會造成FXLMS算法不穩(wěn)定。所以，提出了在參考信號的數(shù)字超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制器要停止更新，以保證算法的穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高抗沖擊性噪聲干擾技術(shù)算法的穩(wěn)定性，本文對算法進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，可以更好地提高算法的收斂性。改進(jìn)方法是消減超過預(yù)設(shè)閾值參考信號使其達(dá)到設(shè)定的閾值，但是對其消減的最后結(jié)果不能變?yōu)榱?。對算法的改進(jìn)，要以噪聲信號在線和離線統(tǒng)計(jì)的閾值為依據(jù)，且要設(shè)置合理的閾值，這樣經(jīng)過改進(jìn)的算法才可以達(dá)到降低噪聲的最佳效果。本文還提出了對使用誤差信號的二階對數(shù)矩陣來推導(dǎo)FXLMS算法，這種算法可以通過對數(shù)函數(shù)把誤差信號作非線性變換處理，有效防止大樣本值對算法的準(zhǔn)確度造成影響。FXLMS算法的特點(diǎn)是不用設(shè)置閾值，但是采用的代價(jià)函數(shù)對統(tǒng)計(jì)規(guī)律的信號進(jìn)行處理是固定的，實(shí)用性有所降低。參考信號中的沖擊干擾會對算法迭代產(chǎn)生不利影響，本文采用HAMPEL函數(shù)算法處理方式處理參考信號，提高抗沖擊噪聲干擾技術(shù)的算法穩(wěn)定性[2]。

3.2 有源噪聲控制系統(tǒng)次級聲反饋抗干擾技術(shù)研究

在有源噪聲控制系統(tǒng)的前饋結(jié)構(gòu)中，次級聲源輻射發(fā)出的次級噪聲會降低參考信號的質(zhì)量和有源噪聲控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以，次級聲源噪聲抗干擾技術(shù)的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。具有指向性的揚(yáng)聲器的研究可以在一定程度上有效解決次級聲源反饋問題，但是具有指向特性的聲學(xué)器件價(jià)格較貴，在低頻特性上效果不好。所以，本文采用IIR濾波器對控制器進(jìn)行建模，采用濾波-U算法提高次級聲反饋抗干擾效果。本文提出了次級聲反饋中和算法，首先建立一個(gè)補(bǔ)償濾波器，通過補(bǔ)償濾波器的輸出抵消參考信號中的次級噪聲分量。在有源噪聲控制系統(tǒng)中，聲反饋中和算法在系統(tǒng)中增加了一個(gè)反饋通路子系統(tǒng)。本文在有源噪聲控制系統(tǒng)中通過設(shè)定參考信號的方法，不需要通過聲傳感器采集參考信號，從根本上制止了次級聲反饋問題的發(fā)生。這種方法在以諧波形式生產(chǎn)的變壓器噪聲中可以得到很好應(yīng)用。變壓器的噪聲頻譜較低，在變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)中應(yīng)用參考信號的方法，可以有效處理次級聲反饋問題，具有重要的應(yīng)用價(jià)值[3]。

3.3 有源噪聲控制系統(tǒng)內(nèi)部參考信號噪聲抗干擾技術(shù)研究

在電力變壓器產(chǎn)生的噪聲中很多都具有周期性，而周期性噪聲是由特定頻率諧波噪聲構(gòu)成的。本文采用線譜噪聲的特性對噪聲進(jìn)行針對控制，基于FXLMS算法線譜噪聲控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。對線譜噪聲的有源控制，采用波形合成的方法來實(shí)現(xiàn)。這種方法采用非聲學(xué)傳感器與初級噪聲相關(guān)的周期信號，之后合成有源噪聲控制系統(tǒng)的參考信號，以有效避免有源噪聲系統(tǒng)受次級聲波反饋問題的影響。本文采用給定的內(nèi)部參考信號對單頻有源噪聲控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，主要方法是通過傳感器獲取初級噪聲的頻率信息，之后系統(tǒng)會根據(jù)頻率信息產(chǎn)生正弦信號。正弦信號可以作為有源噪聲控制系統(tǒng)的參考信號，且可以選擇FIR自適應(yīng)濾波器作為系統(tǒng)的控制器。針對多個(gè)諧波進(jìn)行疊加產(chǎn)生的噪聲，本文提出了多個(gè)單頻有源噪聲控制系統(tǒng)進(jìn)行并聯(lián)，構(gòu)成并聯(lián)型多頻噪聲控制系統(tǒng)。并聯(lián)多頻噪聲控制技術(shù)可以有效解決系統(tǒng)內(nèi)部參考信號的噪聲干擾問題[4]。

4 結(jié) 論

電力系統(tǒng)變壓器距離居民生活區(qū)非常近，電力變壓器的噪聲問題是亟待解決的環(huán)境問題。電力變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，可以有效控制電力變壓器低頻噪聲，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

[1] 劉姜濤，劉震宇，應(yīng)黎明，等.基于廣義FIR濾波器的電力設(shè)備有源噪聲控制[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（6）：250-255.

[2] 張賢國，康宏彪，陳宇鵬，等.降低大型電力變壓器鐵心噪聲的工藝措施[J].電氣工程學(xué)報(bào)，2010，（12）：32-33.

[3] 顧曉安，沈密群，朱振江，等.變壓器鐵心振動和噪聲特性的試驗(yàn)研究[J].變壓器，2003，40（4）：1-4.

[4] 常建華，全書海.自適應(yīng)陷波器的原理,應(yīng)用及其算法仿真[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版），1998，（3）： 46-49.