一种电抗器噪声评估及噪声优化方法、装置与流程

本发明涉及电抗器降噪技术领域，具体涉及一种电抗器噪声评估及优化方法、装置。

背景技术：

干式平波电抗器串联在换流阀与直流线路之间，属于换流站内部的设备，是高压直流输电最重要的设备之一。具有限制直流电流突变、减小谐波分量、平滑直流电流纹波等作用。流过每台电抗器的电流中除去直流部分，还含有不可忽略的高次谐波成分，而成为换流站中噪声来源的主要因素之一，电抗器噪声已经成为一个不可忽视的问题。

从设备角度出发，降低噪音通常采用两种降噪措施，即在声源处降噪和在传播过程中降噪。目前平波电抗器的降噪措施基本都是基于阻断噪声的传播进行降噪，加装厚重的降噪装置不仅会导致电抗器散热不良而带来的温升问题，并且还会增加产品重量和提高制作成本。目前仅能对平波电抗器产品进行噪声检测，并且在平波电抗器的前期设计过程中，缺乏简单有效的对电抗器噪声水平进行估计的方法，使得无法在设计阶段对电抗器的噪声水平进行改善，只能采用为电抗器加装降噪装置的辅助降噪措施。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电抗器噪声评估方法及优化方法、装置，以克服现有技术中通过加装厚重的降噪装置为电抗器进行降噪，容易导致电抗器散热不良，并且还会增加产品重量和提高制作成本等问题。

本发明实施例提供了一种电抗器噪声评估方法，包括：获取待测电抗器中各线圈的基本参数信息；根据所述基本参数信息分别计算所述各线圈的最大位移；根据所述最大位移及所述基本参数信息计算所述各线圈的振动速度有效值；根据所述各线圈的所述振动速度有效值评估所述待测电抗器的噪声水平。

可选地，所述基本参数信息包括：各线圈在不同预设频率下的谐波电流有效值、磁感应强度、线圈匝数、线圈长度、导线截面积。

可选地，按照如下公式计算所述线圈的最大位移：

其中，δr表示所述线圈的最大位移，b表示所述线圈的磁感应强度，i表示所述线圈的谐波电流有效值，l表示所述线圈的线圈长度，n表示所述线圈的线圈匝数，e表示所述线圈的杨氏模量，s表示所述线圈的导线截面积。

可选地，按照如下公式计算所述振动速度有效值：

其中，vm表示所述线圈的所述振动速度有效值，f表示所述线圈中谐波电流的频率，δr表示所述线圈的最大位移。

可选地，所述根据所述各线圈的所述振动速度有效值评估所述待测电抗器的噪声水平，包括：将各个线圈在不同预设频率下的所述振动速度有效值的绝对值进行叠加，得到评估参数值；根据所述评估参数值评估所述待测电抗器的噪声水平。

本发明实施例还提供了一种电抗器噪声优化方法，包括：采用如本发明实施例提供的所述的电抗器噪声评估方法评估待优化电抗器的噪声水平，所述待优化电抗器的各线圈具有预设线圈匝数及导线截面积的参数；判断所述噪声水平是否满足预设噪声要求；当所述噪声水平满足预设噪声要求时，根据当前的线圈匝数及导线截面积的参数确定所述待优化电抗器的设计参数。

可选地，当所述噪声水平不满足所述预设噪声要求时，调整所述待优化电抗器中各线圈的线圈匝数及导线截面积的参数；采用如本发明实施例提供的所述的电抗器噪声评估方法评估调整后的待优化电抗器的噪声水平；执行所述判断所述噪声水平是否满足预设噪声要求的步骤。

本发明实施例还提供了一种电抗器噪声评估装置，包括：参数信息获取模块，用于获取待测电抗器中各线圈的基本参数信息；最大位移计算模块，用于根据所述基本参数信息分别计算所述各线圈的最大位移；振动速度有效值计算模块，用于根据所述最大位移及所述基本参数信息计算所述各线圈的振动速度有效值；噪声水平评估模块，用于根据所述各线圈的所述振动速度有效值评估所述待测电抗器的噪声水平。

本发明实施例还提供了一种电抗器噪声优化装置，包括：噪声水平评估模块，用于采用如本发明实施例提供的所述的电抗器噪声评估装置评估待优化电抗器的噪声水平，所述待优化电抗器的各线圈具有预设线圈匝数及导线截面积的参数；条件判断模块，用于判断所述噪声水平是否满足预设噪声要求；优化设计模块，当所述噪声水平满足预设噪声要求时，所述优化设计模块用于根据当前的线圈匝数及导线截面积的参数确定所述待优化电抗器的设计参数。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述电抗器噪声评估方法，或，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的电抗器噪声优化方法。

本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述电抗器噪声评估方法，或，使所述计算机执行上述电抗器噪声优化方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的电抗器噪声评估方法，通过获取待测电抗器中各线圈的基本参数信息计算各线圈的最大位移，并根据各线圈的最大位移计算各线圈的振动速度有效值评估待测电抗器的噪声水平，从而解决了电抗器设计初期无法对噪声进行评估的难题，并且该评估方法简单有效，为后续对电抗器进行噪声优化提供了依据。

2.本发明实施例提供的电抗器噪声优化方法，通过评估待优化电抗器的噪声水平，判断当前的噪声水平是否满足预设噪声要求，若满足则根据当前的线圈匝数及导线截面积的参数确定所述待优化电抗器的设计参数。从而实现了对电抗器参数的优化设计，降低了电抗器的噪声水平，使得电抗器的噪声满足实际工业要求，从而避免了为电抗器加装降噪装置，有效降低了电抗器的散热问题，并减少了电抗器产品的重量，节约了制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电抗器噪声评估方法的流程图；

图2为本发明实施例中电抗器的电路拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例中电抗器磁场中的载流线圈受力变形原理结构示意图；

图4为本发明实施例中电抗器噪声评估方法的另一流程图；

图5为本发明实施例中电抗器噪声优化方法的流程图；

图6为本发明实施例中电抗器噪声优化方法的另一流程图；

图7为本发明实施例中电抗器噪声评估装置的结构示意图；

图8为本发明实施例中电抗器噪声优化装置的结构示意图；

图9为本发明实施例中计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种电抗器噪声评估方法，如图1所示，该电抗器噪声评估方法包括：

步骤s1：获取待测电抗器中各线圈的基本参数信息。具体地，该基本参数信息包括：各线圈在不同预设频率下的谐波电流有效值、磁感应强度、线圈匝数、线圈长度、导线截面积等。

步骤s2：根据基本参数信息分别计算各线圈的最大位移。具体地，各个线圈上的质点受到电磁力的影响将发生位移，最大位移则反映了线圈振动的最大幅值。

步骤s3：根据最大位移及基本参数信息计算各线圈的振动速度有效值。具体地，可以根据线圈的最大位移计算线圈的振动速度的峰值，由于交流谐波呈正弦规律，因此可以根据振动速度的峰值与有效值之间的固定关系计算振动速度有效值，该振动速度的有效值可以反映出线圈振动的剧烈程度。

步骤s4：根据各线圈的振动速度有效值评估待测电抗器的噪声水平。具体地，当真的速度有效值越大则反映该线圈的振动剧烈程度越大，产生的噪声的分贝数也越高，进而可以根据各个线圈的振动速度的有效值对电抗器噪声水平进行评估。

通过上述步骤s1至步骤s4，本发明实施例的电抗器噪声评估方法，解决了电抗器设计初期无法对噪声进行评估的难题，该评估方法简单有效，为后续对电抗器进行噪声优化提供了依据。

以下结合具体示例对本发明实施例的电抗器噪声评估方法做进一步说明。

具体地，在本发明实施例中，是以干式平波电抗器作为待测电抗器为例进行详细说明的，在实际应用中该待测电抗器还可以是其他空心结构的电抗器，本发明并不以此为限。

在实际应用中，干式平波电抗器绕组采用多层圆筒式并联结构。每层绕组有自感l11、l22、l33、……lnn，层与层之间有互感m12、m13、m14、……等，并且每层绕组有不同的直流电阻r1、r2、……rn。电抗器的电路拓扑等效于每层线圈电抗之间的并联电路，其电路结构如图2所示。干式平波电抗器的等效电路方程式如公式(1)所示：

这里的i1，i2，i3……in是某次谐波下各层绕组中分配的电流，各层绕组中分配的电流之和为通过某次谐波电流值。由上述方程组可以计算出在某次谐波下各个线圈的电流分配。通过改变ω值可以求得不同次的谐波电流，当ω＝0时为直流。考虑到电抗器本身的结构以及导线和其他部件的材料，在保证计算精度的基础上，在ansys中建立平波电抗器线圈的二维模型，可以将本空心电抗器的求解圆域的半径取空心电抗器半径r的10倍左右，近似无穷远边界处理。在网格剖分后每个包封赋电流值，可以求得平波电抗器的静磁场以及谐波磁场。

考虑到实际运行中，高压干式平波电抗器不仅流过直流电流，还包含各次谐波电流。直流电流产生恒定磁场，谐波电流产生随时间正弦稳态的谐波电磁场，由于线圈会因为有谐波电流的存在，受力发生变化，从而引起电抗器的振动，产生噪声。电抗器产生的磁场以直流电流产生的恒定磁场为主，谐波电流产生的磁场在合成磁场中所占比例很小，因此在本发明实施例中忽略不计谐波电流产生的磁场，仅以直流电流产生的磁场为基准分析讨论各线圈的受力情况。为方便评估优化效果，计算中b取直流电流产生的最大磁通密度。线圈的受到的电磁力与线圈中流过的电流、磁感应强度及线圈长度的关系如公式(2)所示：

f＝bil(2)

其中，f表示线圈的受到的电磁力，b表示磁感应强度，i表示线圈流过的总电流，l表示线圈长度。

当平波电抗器的线圈受到幅向的交变电磁力时，线圈将沿着半径方向膨胀或收缩。线圈膨胀、收缩所产生的沿半径方向的位移与线圈受到的电磁力大小是成线性关系的。如图3所示的线圈中流过的电流为i，线圈的半径为r，当线圈受到强度为b的磁场作用时，其受到的总电磁力为f。假设电磁力f的做功全部转化为线圈伸长所增加的机械能。在电磁力f的作用下，线圈上的每一个质点将发生δr的位移，则单匝线圈受到的电磁力所做的功δw如公式(3)表示：

δw＝fδr(3)

其中，δw表示电磁力所做的功，f表示电磁力，δr表示线圈上的每一个质点将发生的最大位移。

另一方面。根据胡克定理可得，线圈膨胀后所增加的机械能如公式(4)所示：

其中，δw表示线圈膨胀后所增加的机械能，k表示线圈的弹性系数，l表示线圈的长度，l0是表示线圈未受力的初始长度。

线圈弹性系数的计算公式如公式(5)所示：

k＝es/l(5)

其中，k表示线圈的弹性系数，e表示线圈的杨氏模量(例如铝导线的杨氏模量取70gpa)，s表示线圈的截面积，l表示线圈的长度。

由公式(3)、公式(4)、公式(5)可得当线圈匝数为n匝时，受到的电磁力f计算公式如公式(6)所示：

其中，f表示n匝线圈受到的电磁力，n表示线圈的线圈匝数，e表示线圈的杨氏模量(例如铝导线的杨氏模量取70gpa)，s表示线圈的截面积，l表示线圈的长度，δr表示线圈的最大位移。

由公式(2)和公式(6)可得按照公式(7)计算线圈的最大位移：

其中，δr表示线圈的最大位移，b表示线圈的磁感应强度，i表示线圈的谐波电流有效值，l表示线圈的线圈长度，n表示线圈的线圈匝数，e表示线圈的杨氏模量，s表示线圈的导线截面积。

线圈振动速度峰值的计算如公式(8)所示：

vmax＝2πfδr(8)

其中，vmax表示线圈振动速度峰值，f表示谐波频率，δr表示线圈的最大位移。

线圈的振动速度有效值的计算如公式(9)所示：

其中，vm表示线圈的振动速度有效值，f表示线圈中谐波电流的频率，δr表示线圈的最大位移。

在一较佳实施例中，如图4所示，上述的步骤s4具体包括：

步骤s41：将各个线圈在不同预设频率下的振动速度有效值的绝对值进行叠加，得到评估参数值。具体地，可通过上述的公式(7)及公式(9)可计算得到每个线圈在不同预设谐波频率下的线圈振动速度有效值，各个线圈在所有频率下振动速度有效值的绝对值之和即为上述的评估参数值。

步骤s42：根据评估参数值评估待测电抗器的噪声水平。具体地，上述的评估参数值的数值越大时，则说明待测电抗器的噪声越大，评估参数值的数值越小时，则说明待测电抗器的噪声越小。在实际应用中，幅值较大的频率谐波为电抗器噪声的主要来源，因为在求算评估参数值时，可以根据实际评价精度要求选取较大的几个频率的谐波进行求算评估参数值，以简化计算过程。

通过执行上述的步骤s1至步骤s4，本发明实施例提供的电抗器噪声优化方法，实现了在电抗器的初期设计阶段对其噪声水平的评估，该评估方法简单有效，为后续对电抗器进行噪声优化提供了依据，解决了电抗器设计初期无法对噪声进行评估的难题，对平波电抗器的降噪设计具有指导意义。

实施例2

本发明实施例提供一种电抗器噪声优化方法，如图5所示，该电抗器噪声优化方法包括：

步骤s5：采用实施例1中的电抗器噪声评估方法评估待优化电抗器的噪声水平，待优化电抗器的各线圈具有预设线圈匝数及导线截面积的参数。

步骤s6：判断噪声水平是否满足预设噪声要求。

步骤s7：当噪声水平满足预设噪声要求时，根据当前的线圈匝数及导线截面积的参数确定待优化电抗器的设计参数。

通过执行上述的步骤s5至步骤s7，本发明实施例提供的电抗器噪声优化方法，实现了对电抗器参数的优化设计，降低了电抗器的噪声水平，使得电抗器的噪声满足实际工业要求，从而避免了为电抗器加装降噪装置，有效降低了电抗器的散热问题，并减少了电抗器产品的重量，节约了制作成本。

以下结合具体示例对本发明实施例的电抗器噪声优化方法做进一步说明。

具体地，上述的步骤s5，采用实施例1中的电抗器噪声评估方法评估待优化电抗器的噪声水平，具体评估过程详见实施例1中的步骤s1至步骤s4的相关描述。

具体地，上述的步骤s6，判断噪声水平是否满足预设噪声要求，该预设噪声要求可根据实际工业需要进行选择，当待优化电抗器的工作环境对噪声要求较高时，则提高预设噪声水平的要求，使得生成的电抗器符合噪声要求，当待优化电抗器的工作环境对噪声要求较低时，则可以适当放宽预设噪声水平的要求，以缩短优化过程。

具体地，上述的步骤s7，当噪声水平满足预设噪声要求时，根据当前的线圈匝数及导线截面积的参数确定待优化电抗器的设计参数。若噪声水平满足预设噪声要求则说明，依照当前的线圈匝数及导线截面积所生产的电抗器已经具备生产条件，可以按照优化参数进行生产。

在一较佳实施例中，如图6所示，上述的电抗器噪声优化方法还包括：

步骤s8：当噪声水平不满足预设噪声要求时，调整待优化电抗器中各线圈的线圈匝数及导线截面积的参数。具体地，调整各个线圈的匝数，可以改变整个电抗器的电感矩阵，从而改变电抗器的交流电流的分布情况；调整导线截面尺寸，以改变各个线圈的直流电阻，从而改变电抗器的直流电流分布情况。在实际应用中，在噪声水平不满足预设噪声要求时，在满足电抗器电感为某一值的前提下，对线圈匝数及导线截面积的参数预设调整规则为使得电抗器的交流和直流尽可能地分布于外层线圈，以此来减小线圈上所有质点的总体位移，从而降低整体线圈振动的剧烈程度以降低噪声水平。

步骤s9：采用实施例1中提供的电抗器噪声评估方法评估调整后的待优化电抗器的噪声水平，执行步骤s6。具体地，当对电抗器的线圈匝数及导线截面积的参数进行调整后，重新对电抗器的噪声水平进行评估，若满足预设噪声要求则优化过程结束，否则重新调整电抗器的线圈匝数及导线截面积的参数，最终通过参数的调整对电抗器自身的噪声水平进行优化，从而实现从源头降噪的功能。

需要说明的是，在本发明实施例中，是以干式平波电抗器作为待测电抗器为例进行详细说明的，在实际应用中该待测电抗器还可以是其他空心结构的电抗器，本发明并不以此为限。

本发明实施例提供的电抗器噪声优化方法，实现了对电抗器参数的优化设计，降低了电抗器的噪声水平，实现了从电抗器源头上进行降噪处理，使得电抗器的噪声满足实际工业要求，从而避免了为电抗器加装降噪装置，避免了温升问题并降低了生产成本和产品重量；解决了电抗器设计初期无法对噪声进行评估的难题，对平波电抗器的降噪设计具有重要意义。

实施例3

本发明实施例提供一种电抗器噪声评估装置，如图7所示，该电抗器噪声评估装置包括：

参数信息获取模块1，用于获取待测电抗器中各线圈的基本参数信息。详细内容参见实施例1中步骤s1的相关描述。

最大位移计算模块2，用于根据基本参数信息分别计算各线圈的最大位移。详细内容参见实施例1中步骤s2的相关描述。

振动速度有效值计算模块3，用于根据最大位移及基本参数信息计算各线圈的振动速度有效值。详细内容参见实施例1中步骤s3的相关描述。

噪声水平评估模块4，用于根据各线圈的振动速度有效值评估待测电抗器的噪声水平。详细内容参见实施例1中步骤s4的相关描述。

通过上述各个组成部分之间的协同工作，本发明实施例的电抗器噪声评估装置，实现了对电抗器噪声水平的评估，为后续对电抗器进行噪声优化提供了依据。

实施例4

本发明实施例提供一种电抗器噪声优化装置，如图8所示，该电抗器噪声优化装置包括：

噪声水平评估模块5，用于采用实施例3中的电抗器噪声评估装置评估待优化电抗器的噪声水平，待优化电抗器的各线圈具有预设线圈匝数及导线截面积的参数。详细内容参见实施例1中步骤s5的相关描述。

条件判断模块6，用于判断噪声水平是否满足预设噪声要求。详细内容参见实施例1中步骤s6的相关描述。

优化设计模块7，当噪声水平满足预设噪声要求时，优化设计模块用于根据当前的线圈匝数及导线截面积的参数确定待优化电抗器的设计参数。详细内容参见实施例1中步骤s7的相关描述。

通过上述各个组成部分之间的协同工作，本发明实施例提供的电抗器噪声优化装置，实现了对电抗器参数的优化设计，降低了电抗器的噪声水平，使得电抗器的噪声满足实际工业要求，从而避免了为电抗器加装降噪装置，有效降低了电抗器的散热问题，并减少了电抗器产品的重量，节约了制作成本。

实施例5

本发明实施例提供一种非暂态计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意实施例1中的电抗器噪声评估方法，或，该计算机可执行指令可执行上述任意实施例2中的电抗器噪声优化方法。其中，上述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；该存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(rom)或随机存储记忆体(ram)等。

实施例6

本发明实施例提供一种计算机设备，其结构示意图如图9所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器410以及存储器420，图9中以一个处理器410为例。

上述的计算机设备还可以包括：输入装置430和输出装置440。

处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。

处理器410可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器410还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器420作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的电抗器噪声评估方法或电抗器噪声优化方法对应的程序指令/模块，处理器410通过运行存储在存储器420中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的电抗器噪声评估方法或电抗器噪声优化方法。

存储器420可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电抗器噪声评估方法或电抗器噪声优化方法的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器420可选包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电抗器噪声评估装置或电抗器噪声优化装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置430可接收输入的数字或字符信息，以及产生与电抗器噪声评估操作或电抗器噪声优化操作的处理装置有关的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备。

一个或者多个模块存储在存储器420中，当被一个或者多个处理器410执行时，执行如图1-图4所示的方法，或，执行如图5或图6所示的方法。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本发明实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1-图4所示的实施例或如图5或图6所示的实施例中的相关描述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。