专利名称：电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法
技术领域：
本发明涉及一种次级声源的参数优化方法，尤其涉及一种电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法。
背景技术：
随着国民经济发展和城市电网的不断扩大，许多高压大容量变压器的安装地点正逐渐靠近甚至进入到市区内。实测数据表明，大容量变压器连续运行时发出的噪声高达80 100分贝，这对人们的正常工作和生活带来了严重影响，使得大型变压器的噪声控制问题变得愈加尖锐。电力变压器噪声的有源降噪技术，是三维空间范围的有源噪声控制，基于惠更斯原理，以辐射声功率最小为基本原则，在包围初级声源的球面上连续布置多个次级声源，可实现三维空间的消声效果。但在工程应用中，过多的次级声源会使降噪系统变得复杂而影 响实时性，再者，实际的应用场合一般也不允许放置过多的次级声源，因此，次级声源的参数优化技术一直备受关注。早在1955年Conover就对一台15MVA变压器开展过实验研究,采用多个扬声器作为次级声源，因将体积庞大的变压器等效为点声源而导致计算误差较大，最终的降噪效果很不明显。Ross于1978年对变电站中两台相邻的变压器做过降噪实验，次级声源仅为单个扬声器，由于次级声源数目和位置的限制，仅在很小的局部空间内实现了 IOOHz噪声IOdB的降噪量。Hesselmann曾在消声室中对一台IOOkVA变压器进行降噪实验，测得变压器噪声频谱以IOOHz基频为主，且声源辐射波形近似为球形；实验中的次级声源来自信号发生器，避免了信号拾取时的不稳定因素，但因采用逐一尝试的办法调节次级声源的参数，显得相当繁琐。Berg等人为研究外界环境变化对有源降噪系统的影响，采用单通道自适应系统对一台20MVA变压器做过户外实验，但因通道数目的限制以及仅对源强自适应调节，最终有效的降噪范围仅为一间住所大小。上述研究通过对次级声源参数的调节，虽可在局部达到15_20dB的降噪量，但范围非常有限，且参数都是通过尝试的方法获得，并不具有通用性。电力变压器有源降噪中的次级声源优化主要涉及次级声源的数目、位置、源强等参数。针对数目与位置的优化，目前采用的策略主要有两种解析法和优化算法。解析法是在简单声源和声场条件下，基于声场分析获得目标函数的解析表达式，求解次级声源的最优位置和数目；该方法的思路简单清晰，但因变压器声源分布的任意性，一般很难得到可靠的变压器噪声源解析表达式，该方法并不适用。优化算法则是基于对声场的实际测量，利用优化理论求解次级声源的位置和数目，并可在复杂声场下获得全局最优解，常用的优化算法包括遗传算法、模拟退火法、子集选择法等。而对于次级声源的源强优化，主要是针对特定的目标函数，可通过纯数学推导得到次级源强的最优解。目前而言，针对次级声源多参数的交互影响与综合优化还很少。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法，它在分析有源降噪物理机制的基础上，建立了电力变压器的噪声辐射模型。考虑实际工程需要，将次级声源参数分为两大类，从数目、位置、源强三方面对次级声源进行参数优化。鉴于位置和源强等参数间的交互影响关系，本发明提出对固定参数和灵活参数进行交替优选，形成基于遗传算法的渐次搜索逼近策略。将具体算例与基于COMSOL软件的仿真结果相比较，验证了本发明优化策略的有效性，可获得较好的全局有源降噪效果。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法，其主要步骤为步骤一、位置编号。由于频率为IOOHz的声波在空气中的波长约为3. 4m，本发明采用次级声源的间隔3m为对变压器周围空间进行划分，确定待选次级声源位置。采用二进制·对次级声源待选位置进行编号，I表示该位置有次级声源，0表示无次级声源。步骤二、幅值、相角初始化。将次级声源的相角在0° 360°范围内均分为12个区间，其幅值以变压器噪声源幅值为基准，分别取其0. 01,0. 02,0. 05,0. 1,0. 2,0. 5倍。步骤三、针对每一对相角、幅值组合，均应用遗传算法优选其最大降噪量，选出降噪效果较好的幅值和初相角区间范围。初选时各次级声源的幅值和初相角均相同，次级声源的数目是无约束的。步骤四、利用初选确定的幅值和相角，再次由遗传算法确定次级声源的位置和数目。步骤五、可行性判断。权衡次级声源降噪效果、经济性和工程可行性三方面因素，判断所选位置和数目是否满足要求。若满足，继续；不满足，返回到步骤三。步骤六、采用上一步所选的次级声源的数目和位置，根据渐次搜索逼近的策略，利用遗传算法对次级声源的幅值和相角进行精确微调，进一步优化降噪效果。微调时可对各次级声源的幅值和相角进行独立调节，即每个次级声源的幅值和相角可能不同。所述有源降噪的物理机理具体描述如下电力变压器有源降噪是三维自由声场空间的有源噪声控制，主要基于惠更斯原理而实施。惠更斯原理指出，初级声源产生的声场，在其波阵面上的每一个面元都可看作能产生子波的惠更斯源，此后任何时刻波阵面的位置和形状都可由这种子波包络面来确定。当所有的初级点声源(如图3中Sp)包含在某一封闭曲面内时，曲面外任意一点速度势，可看作是曲面上的惠更斯源在该点的速度势的总和，而对曲面内任一点的速度势不产生任何影响。基于以上理论，若在曲面上连续布放足够多与惠更斯源等幅、反相的次级声源(图3中Ss)，根据声波对消干涉原理，就可使曲面外任意点的速度势为零(即Vc处的速度势为零)，完全抵消初级声源的声场。但实现绝对的全局消声，要求在封闭曲面上连续布放无限多个具有三极子特性的次级声源，这在实际应用中是不可能的，而通常的办法则是在封闭曲面上布放有限多个离散声源，通过优化以获得较理想的降噪效果。
对于电力变压器而言，其电力变压器有源降噪的数学模型的具体描述如下因电力变压器底部固定，噪声主要由变压器其余5个面产生，且随与变压器距离的增大呈反比衰减趋势。为获得显式的解析表达并不失一般性，本发明将电力变压器的初级噪声源简化为半球形声源模型，其辐射声压可表示为
权利要求
1.一种电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法，其特征是，其主要步骤为 步骤一、将电力变压器作为初级噪声源，简化为半球形声源模型；将位置编号，幅值、初相角均可调的点声源作为次级声源，次级声源间的间隔要小于噪声源波长并按照该间隔将变压器周围n米*n米*n米的三维空间进行划分，确定待选次级声源位置；将测量传感器布放在变压器周围m米米米空间的八个顶点及上表面中心处； 步骤二、进行幅值、相角初始化，将次级声源的相角在0° 360°范围内均分为12个区间，其幅值以变压器噪声源幅值为基准，分别取其0. 01,0. 02,0. 05,0. 1,0. 2,0. 5倍；步骤三、针对每一对相角、幅值组合，均应用遗传算法优选其最大降噪量，选出降噪效果较好的幅值和初相角区间范围；初选时各次级声源的幅值和初相角均相同，次级声源的数目是无约束的； 步骤四、利用初选确定的幅值和相角，再次由遗传算法确定次级声源的位置和数目；步骤五、可行性判断，权衡次级声源降噪效果、经济性和工程可行性三方面因素，判断 所选位置和数目是否满足要求，若满足，继续；不满足，返回到步骤三； 步骤六、采用上一步所选的次级声源的数目和位置，根据渐次搜索逼近的策略，利用遗传算法对次级声源的幅值和相角进行精确微调，进一步优化降噪效果；微调时可对各次级声源的幅值和相角进行独立调节，即每个次级声源的幅值和相角可能不同。
2.如权利要求I所述的电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法，其特征是，所述初级噪声源的辐射声压可表示为其中，A为球源半径，P ^为空气密度，Ctl为声音在空气中的传播速度，k = 2ji/A为波数，Ua为球源的振动速度幅值。
3.如权利要求I所述的电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法，其特征是，所述次级声源的辐射声压为p = jk P 0c0/4 n rQeJ(wt_kr)(2) 其中，Q为点声源强度，第m个监测传感器处所测声压为初、次级声源声场的叠加，表示为 P = Po +Z^ocOCjiwt-kr^ (3) 其中，N为次级声源个数； 全局所有测量点声压的平方和，可表示为其中，M为测量传感器个数，显然，要使W达到最小值，次级声源最好能完全反向复制初级声源；次级声源对初级声源的复制程度取决于次级声源各项参数的优化选取，对有源降噪的实际效果具有显著影响。
4.如权利要求I所述的电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法，其特征是，所述次级声源采用16位二进制数对位置进行编号，I表示该位置有次级声源，0表示无次级声源
全文摘要
本发明公开了电力变压器有源降噪中次级声源的参数优化方法；它包括位置编号，幅值、相角初始化，利用遗传算法初选幅值、相角，代入初选幅值、相角、数目、位置，可行性判断，连续微调优化次级声源幅值、相角等步骤；次级声源参数优化是电力变压器有源降噪技术研究的核心问题。在分析有源降噪物理机制的基础上，建立电力变压器的噪声辐射模型。考虑实际工程需要，将次级声源参数分为两大类，从数目、位置、源强三方面对次级声源进行参数优化。鉴于位置和源强等参数间的交互影响关系，提出对固定参数和灵活参数进行交替优选，形成基于遗传算法的渐次搜索逼近策略，可获得较好的全局有源降噪效果。
文档编号H01F27/33GK102722607SQ20121016506
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者于春辉, 孙晓阳, 张黎, 曹磊, 李庆民, 王学磊, 董攀婷, 赵彤, 邹亮 申请人:山东大学