一种直流单导线电晕放电可听噪声分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统信号处理技术，特别是涉及到直流输电导线电晕放电噪声分 析技术。
【背景技术】
[0002] 特高压直流输电线路因其在远距离大容量电力传输方面的优势，已成为未来电力 传输发展的主要手段。当输电线路的导线表面场强超过起晕场强后，会引起导线附近空气 发生电晕放电，伴随着电晕放电的发展，放电产生的空间电荷会引起一系列电磁环境效应， 其中放电产生的可听噪声是人们能够直接感受到的，随着人们环保意识的逐渐增强，人们 对输电线路电晕放电产生的可听噪声问题的关注度也越来越高。因此研究直流输电线路的 特性并建立的可听噪声预测方法，对于建设满足环保要求的输电线路具有重要意义。
[0003] 现有技术中对于可听噪声的产生机理尚不明确，还没有提出能够反映电晕放电可 听噪声本征特性的分析技术。国内外对于输电线路可听噪声的研究和预测主要是通过长期 测量实际线路、试验线段或是电晕笼内导线得到大量的可听噪声实验数据，然后通过统计 分析方法得出用于计算声压级的经验预测方法。早期国外关于这方面的现有技术相对比较 多，相应的提出了 BPA方式、Westinghouse方式、EDF方式等，而国内采用类似的思路，针对特 高压直流输电线路通过长期测试总结出了特高压直流输电线路可听噪声经验方式。采用可 听噪声的经验公式最大的问题是公式的适用范围有限，且经验公式主要是依据特定线路结 构下的测试数据拟合得到的，反映的是线路可听噪声的声压级特性，无法反映电晕放电可 听噪声本身的随机特性，同时现有的可听噪声测量方法主要采用的是频域测试方法，测量 结果反映的是一段时间内可听噪声的综合效应，难以反映电晕放电产生的可听噪声的本征 特性。
[0004] 事实上，电晕放电产生的可听噪声本质上是由于空间电荷与空气分子间的相互作 用导致的空气振动引起的，在电晕放电过程中往往伴随着重复性的脉冲放电，导线附近的 电子和空间离子在恒定方向上的强场作用下被加速，在移动过程中与空气分子发生非弹性 碰撞将能量转移给空气分子。突然的能量转换会引起导线附近空气分子的振动，因此可听 噪声从时域上是由一系列声压脉冲组成，且声压脉冲的幅值及时间间隔具有较大的随机 性。
[0005] 而采用时域测试方法来获得电晕放电可听噪声的特性，可以实现噪声信号的实时 采集和记录，获得电晕放电产生的声压信号随时间的变化规律，有助于获得电晕放电可听 噪声的本征特性。现有导线电晕放电可听噪声的计算方法，体现不出可听噪声的随机性，同 时也未从时域的角度来对直流电晕放电可听噪声进行计算及分析。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种基于电晕放电可 听噪声时域特性的单导线电晕放电可听噪声的时域随机分析方法。该方法基于单导线电晕 放电产生的可听噪声脉冲的统计特性，将导线看成离散的多个放电点的集合，每个放电点 看成独立的点声源，根据构造的声源的随机序列，借助点声源的传播模型，实现空间任一点 噪声的计算，空间任一点的噪声通过各个点声源产生的噪声的线性叠加得到，实现导线电 晕放电可听噪声的分析。
[0007] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0008] 一种直流单导线电晕放电可听噪声分析方法，包括步骤：
[0009] A、测量获得直流单导线电晕放电产生的可听噪声的时域波形，提取测量点处可听 噪声脉冲的时间间隔及声压脉冲幅值信息；
[0010] B、将直流单导线电晕放电离散为沿导线随机分布的多个放电点，每个放电点看作 为点声源；
[0011] C、构造点声源的声源处脉冲时间间隔及声压脉冲幅值随机序列；
[0012 ] D、构造点声源的随机声压脉冲波形；
[0013] E、确定导线在接收点处产生的可听噪声；
[0014] F、比较步骤A测量得到的可听噪声时域波形计算得到的声压级与根据步骤E获得 的可听噪声时域波形计算得到的声压级，如果二者区别大于预定阈值，则修正点声源的声 源处声压脉冲幅值，否则确定点声源的声源处声压脉冲幅值；
[0015] G、计算直流单导线在空间任一点产生的可听噪声。
[0016] 在步骤A中，提取测量点处可听噪声脉冲的时间间隔及声压脉冲幅值信息包括获 得时间间隔及声压脉冲幅值的概率密度函数分别为
[0017] 步骤B中，设每个点声源的脉冲时间间隔的概率密度函数也满足fKTd，声源处声 压脉冲幅值概率函数为f2(PsM);
[0018] 且步骤C中根据步骤B中的声源处时间间隔及声压脉冲幅值的概率密度函数，利用 随机数产生方法产生出点声源脉冲时间间隔及声源处声压脉冲幅值的随机序列。
[0019] 另外，步骤D包括：
[0020] D1、根据单个可听噪声脉冲及脉冲序列的典型波形表达式，构造出点声源的可听 噪声的声源的随机脉冲波形，单个可听噪声脉冲的典型波形p st(t)为：
[0022] 其中：心山冲处及及为波形拟合参数，
[0023] tnQ为声压脉冲负半波过零点，
[0024] tpQ为声压脉冲正半波过零点，
[0025] Psm为点声源处声压脉冲的幅值；
[0026] D2、根据单个噪声脉冲的波形，构造出点声源所产生的声压脉冲序列的波形表达 式为：
[0029]其中：N为噪声脉冲序列的个数，
[0030] TIm为噪声脉冲序列中第m个脉冲时间间隔，
[0031] pstlS脉冲序列中第i个单脉冲波形，
[0032]时间间隔心和声压脉冲幅值psM是随机变化的，由步骤B确定。
[0033] 步骤E包括：
[0034] E1、根据点声源的传播模型，导线上第i个点声源在空间接收点产生的声压为：
[0036]其中，Psi( j ω )和Pri( j ω )分别为第i的点声源的声压及其在接收点处产生的声压 的频域形式，通过傅里叶得到，
[0037]心为地面反射系数，
[0038] ru和r2l分别表示点声源和其镜像声源到接收点的距离，
[0039] k为声波的波数；
[0040] E2、计算接收点处总的声压为：
[0042] 对上式取傅里叶反变换得到接收点处导线产生的可听噪声的时域波形。
[0043] 通过采用本发明的直流单导线电晕放电可听噪声分析方法，可以实现噪声信号的 实时采集和记录，获得电晕放电产生的声压信号随时间的变化规律，利用电晕放电可听噪 声的本征特性，实现对于直流单导线电晕放电可听噪声的准确分析。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明【具体实施方式】中直流单导线电晕放电可听噪声分析方法的导线电晕 放电可听噪声模型示意图。
[0045] 图2为本发明【具体实施方式】中直流单导线电晕放电可听噪声分析方法的流程示意 图。
[0046] 图3为利用本发明【具体实施方式】中直流单导线电晕放电可听噪声分析方法的应用 示例一一实验测量得到的导线直径为7.00mm施加电压为+82kV时可听噪声脉冲幅值及时间 间隔的概率密度分布图。
[0047] 图4为利用本发明【具体实施方式】中直流单导线电晕放电可听噪声分析方法的应用 示例得到的距离导线lm时可听噪声波形和测量得到的可听噪声波形。
[0048] 图5为利用本发明【具体实施方式】中直流单导线电晕放电可听噪声分析方法的应用 示例得到的不同导线表面场强下可听噪声的声压级与测量得到的声压级的对比示意图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图，对本发明作详细说明。
[0050] 以下公开详细的示范实施例。然而，此处