基于主动振动控制的电力电容器噪声控制方法与流程

本发明涉及电力电容器的噪声控制治理技术领域，特别涉及一种基于主动振动控制的电力电容器的噪声控制方法。

背景技术：

近年越来越多的高压、特高压直流输电工程得到建设，在高压输电工程中电力电容器是直流输电过程中进行滤波和无功补偿的重要设备，但电容器装置在工作过程产生的噪声是一个突出问题。人们长期暴露在85db(a)的噪声环境下会损害人体的听觉系统和神经系统，中国电力科学研究院及河南电力试验研究院曾对直流换流站内的可听噪声水平进行过测量，结果表明：滤波器附近的噪声水平最大达到89.7db。因此，滤波器的可听噪声污染已经成为输变电行业一个不可忽视的问题。

在电容器噪声治理方法方面，目前主要采用<1>隔声消声降噪；<2>隔振器被动减振降噪；<3>换流站整体布局优化降噪三种降噪措施。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的现有技术中的降噪量级低、施工复杂、降噪频率范围无法自适应的不足，提供了一种基于主动振动控制的电力电容器的噪声控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于主动振动控制的电力电容器噪声控制方法，包括m个电力电容器，分别设于各个电力电容器上的m个加速度传感器，噪声传感器，控制器，分别设于各个电力电容器上的m个作动器；控制器分别与各个加速度传感器、噪声传感器和各个作动器电连接；包括如下步骤：

(1-1)各个加速度传感器分别采集电力电容器表面的振动信号，靠近各个电力电容器的噪声传感器采集噪声信号；

(1-2)控制器通过相干函数检测振动和噪声的相关性，选取减振分量；

(1-3)控制器对减振分量进行作动器传递函数辨识；

(1-4)计算主动减震驱动信号；

(1-5)控制器输出m路减振控制信号分别到m个作动器；

(1-6)重复步骤(1-1)至(1-3)；

(1-7)控制器更新作动器传递函数；返回(1-4)。

传统的减振方法无法根据电力电容器自身噪声辐射特性的频率、量级变化主动调整自身的降噪策略，存在设计困难，施工困难、适应性不强等特点。

本发明将主动作动器安装到电力电容器外壳上，通过控制器的主动控制算法进行出力决策，输出振幅与原振动相等，方向相反的振动，从而减小电力电容器的振动量级，达到主动振动降噪的目的。

<1>传感器采集电力电容器产生的振动和噪声信号，通过信号线将电容器的振动噪声信号传送到控制器。

<2>控制器是一套能满足主动控制算法要求的测量和控制装置，由dsp和相应信号调理、ad转换、da转换、存储单元组成。作为主动控制的算法的承载装置。

<3>主动控制策略是指根据采集到的剩余振动和噪声，期望的振动和噪声为零，根据相应策略计算出需要输出的振动量，通过控制器的da输出到作动器，从而抵消电力电容器激励产生的振动。

<4>作动器：接受控制器的控制信号，输出与电容器激励方向相反的振动，实现振动的主动控制。

电力电容器的噪声激励通常为工频的倍频信号，通常为60阶以下，不超过30个分量导致，为了实现对电力电容器的噪声控制。

作为优选，步骤(1-1)包括如下步骤：

(101)m为5，控制器以12.8khz的采样频率，连续采集5个加速度传感器的振动信号a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)和噪声传感器的噪声信号s(n)；

(102)控制器以4096点为数据长度，对a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)和s(n)进行快速傅里叶变换，分别得到fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)；

(103)控制器分别计算fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)的自功率谱ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；将fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)分别与fs(n)计算互功率谱，得到gas(n)，gbs(n)，gcs(n)，gds(n)，ges(n)；

(104)控制器对每个自功率谱和每个互功率谱均进行不少于平均数为8的线性平均；

(105)控制器对振动信号幅值最大的30个频率分量进行标记。

作为优选，所述步骤(1-2)包括如下步骤：

(201)控制器计算振动信号a(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号coha(n)，

计算振动信号b(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohb(n)；

计算振动信号c(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohc(n)；

计算振动信号d(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohd(n)；

计算振动信号e(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohe(n)；

(202)控制器根据步骤(105)的频率标记，检查x，y，z对应相干函数的系数，将30个频率分量中的系数小于0.5的频率分量清除，30个频率分量中剩余的频率分量为获得的减震分量。

作为优选，所述步骤(1-3)包括如下步骤：

(301)控制器分别记录辨识开始前振动信号ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；

(302)控制器根据标记的频率输出作动器控制，并使得ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)和gs(n)在控制频率振动幅值变化控制在20％+/-3％；

(303)控制器依据变化率和驱动信号幅值大小变化，计算控制信号对作动器的传递函数。

作为优选，所述步骤(1-4)包括如下步骤：

(401)控制器以12.8k为采样率，每4个采样点作为一次减振驱动的闭环周期，五个振动信号分别定义为ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；

(402)控制器分别判断ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)对应减震分量处当前信号的幅值和相位；

(403)控制器分别生成需减震的的目标减振信号，目标减振信号乘上传递函数，生成驱动信号da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)和de(n)。

作为优选，所述步骤(1-5)包括如下步骤：

(501)控制器对输出的驱动信号da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)和de(n)进行插值滤波，从而满足硬件da实际输出频率的要求；

(502)控制器将各个驱动信号通过da转换为模拟信号，并以电流形式输给作动器。

因此，本发明具有如下有益效果：适应性强，施工简单，减震、降噪效果好。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的一种流程图。

图中：电力电容器1、加速度传感器2、噪声传感器3、控制器4、作动器5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种基于主动振动控制的电力电容器噪声控制方法，包括12个电力电容器1，分别设于各个电力电容器上的12个加速度传感器2，噪声传感器3，控制器4，分别设于各个电力电容器上的12个作动器5；控制器分别与各个加速度传感器、噪声传感器和各个作动器电连接；如图2所示，包括如下步骤：

步骤100，各个加速度传感器分别采集电力电容器表面的振动信号，靠近各个电力电容器的噪声传感器采集噪声信号；

步骤200，控制器通过相干函数检测振动和噪声的相关性，选取减振分量；

步骤300，控制器对减振分量进行作动器传递函数辨识；

步骤400，计算主动减震驱动信号；

步骤500，控制器输出m路减振控制信号分别到m个作动器；

步骤600，重复步骤100至300；

步骤700，控制器更新作动器传递函数；返回400。

本发明的降噪方案迭代优化，是对之前的降噪效果进行进一步评价，通过调整传递函数等方法，进一步细化控制过程。

步骤100包括如下步骤：

<101>控制器以12.8khz的采样频率，连续采集五个面的振动信号，a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)和噪声信号s(n)；

<102>控制器以4096点为数据长度，对采集到的a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)进行快速傅里叶变换(fft)，分别得到fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)；

fft计算公式为：

<103>控制器分别计算fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)的自功率谱ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)分别与fs(n)计算互功率谱，分别得到gas(n)，gbs(n)，gcs(n)，gds(n)，ges(n)；

自功率谱公式为：

互功率谱公式为：

说明：fx表示信号x的fft变换，是fx的共轭。

<104>对每个自功率谱和每个互功率谱进行不少于平均数为8的线性平均；

<105>对振动信号幅值最大的30个频率分量进行标记。

步骤200包括如下步骤：

<201>控制器计算振动信号a(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号coha(n)，

计算振动信号b(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohb(n)，

计算振动信号c(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohc(n)，

计算振动信号d(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohd(n)，

计算振动信号e(n)和噪声信号s(n)的相干信号，得到相干信号cohe(n)；相干信号的计算公式为：

相干函数的值在0-1之间，越接近1表示信号相关性越高，即响应信号与参考信号的关联性越高，只有相关性高的部分才可根据本发明进行噪声控制。

<202>根据105的频率标记，检查x，y，z对应相干函数的系数，将30个频率分量中的系数小于0.5的频率分量清除，30个频率分量中剩余的频率分量为获得的减震分量。

步骤300包括如下步骤：

<301>控制器分别记录辨识开始前的振动信号ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)。

<302>根据标记的频率输出作动器控制，并使得ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)在控制频率振动幅值变化控制在20％+/-3％。

<303>依据变化率和驱动信号幅值大小变化，计算控制信号对作动器的传递函数。

步骤400包括如下步骤：

<401>控制器以12.8k为采样率，每4个采样点作为一次减振驱动的闭环周期，五个振动信号分别定义为ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)。

<402>分别判断ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)对应各标记频率分量处当前信号的幅值和相位；

<403>分别生成需减震的的目标减振信号，乘上传递函数，生成驱动信号da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)，de(n)。

步骤500包括如下步骤：

<501>对输出的驱动信号da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)，de(n)进行插值滤波，从而满足硬件da实际输出频率的要求。

<502>控制器将数字信号通过da转换为模拟信号，并以电流形式输给作动器。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。