基於主動振動控制的電力電容器噪聲控制方法與流程
2023-12-05 05:23:51 2
本發明涉及電力電容器的噪聲控制治理技術領域，特別涉及一種基於主動振動控制的電力電容器的噪聲控制方法。
背景技術：
近年越來越多的高壓、特高壓直流輸電工程得到建設，在高壓輸電工程中電力電容器是直流輸電過程中進行濾波和無功補償的重要設備，但電容器裝置在工作過程產生的噪聲是一個突出問題。人們長期暴露在85db(a)的噪聲環境下會損害人體的聽覺系統和神經系統，中國電力科學研究院及河南電力試驗研究院曾對直流換流站內的可聽噪聲水平進行過測量，結果表明：濾波器附近的噪聲水平最大達到89.7db。因此，濾波器的可聽噪聲汙染已經成為輸變電行業一個不可忽視的問題。
在電容器噪聲治理方法方面，目前主要採用隔聲消聲降噪；隔振器被動減振降噪；換流站整體布局優化降噪三種降噪措施。
技術實現要素：
本發明的發明目的是為了克服現有技術中的現有技術中的降噪量級低、施工複雜、降噪頻率範圍無法自適應的不足，提供了一種基於主動振動控制的電力電容器的噪聲控制方法。
為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種基於主動振動控制的電力電容器噪聲控制方法，包括m個電力電容器，分別設於各個電力電容器上的m個加速度傳感器，噪聲傳感器，控制器，分別設於各個電力電容器上的m個作動器；控制器分別與各個加速度傳感器、噪聲傳感器和各個作動器電連接；包括如下步驟：
(1-1)各個加速度傳感器分別採集電力電容器表面的振動信號，靠近各個電力電容器的噪聲傳感器採集噪聲信號；
(1-2)控制器通過相干函數檢測振動和噪聲的相關性，選取減振分量；
(1-3)控制器對減振分量進行作動器傳遞函數辨識；
(1-4)計算主動減震驅動信號；
(1-5)控制器輸出m路減振控制信號分別到m個作動器；
(1-6)重複步驟(1-1)至(1-3)；
(1-7)控制器更新作動器傳遞函數；返回(1-4)。
傳統的減振方法無法根據電力電容器自身噪聲輻射特性的頻率、量級變化主動調整自身的降噪策略，存在設計困難，施工困難、適應性不強等特點。
本發明將主動作動器安裝到電力電容器外殼上，通過控制器的主動控制算法進行出力決策，輸出振幅與原振動相等，方向相反的振動，從而減小電力電容器的振動量級，達到主動振動降噪的目的。
傳感器採集電力電容器產生的振動和噪聲信號，通過信號線將電容器的振動噪聲信號傳送到控制器。
控制器是一套能滿足主動控制算法要求的測量和控制裝置，由dsp和相應信號調理、ad轉換、da轉換、存儲單元組成。作為主動控制的算法的承載裝置。
主動控制策略是指根據採集到的剩餘振動和噪聲，期望的振動和噪聲為零，根據相應策略計算出需要輸出的振動量，通過控制器的da輸出到作動器，從而抵消電力電容器激勵產生的振動。
作動器：接受控制器的控制信號，輸出與電容器激勵方向相反的振動，實現振動的主動控制。
電力電容器的噪聲激勵通常為工頻的倍頻信號，通常為60階以下，不超過30個分量導致，為了實現對電力電容器的噪聲控制。
作為優選，步驟(1-1)包括如下步驟：
(101)m為5，控制器以12.8khz的採樣頻率，連續採集5個加速度傳感器的振動信號a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)和噪聲傳感器的噪聲信號s(n)；
(102)控制器以4096點為數據長度，對a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)和s(n)進行快速傅立葉變換，分別得到fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)；
(103)控制器分別計算fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)的自功率譜ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；將fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)分別與fs(n)計算互功率譜，得到gas(n)，gbs(n)，gcs(n)，gds(n)，ges(n)；
(104)控制器對每個自功率譜和每個互功率譜均進行不少於平均數為8的線性平均；
(105)控制器對振動信號幅值最大的30個頻率分量進行標記。
作為優選，所述步驟(1-2)包括如下步驟：
(201)控制器計算振動信號a(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號coha(n)，
計算振動信號b(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohb(n)；
計算振動信號c(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohc(n)；
計算振動信號d(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohd(n)；
計算振動信號e(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohe(n)；
(202)控制器根據步驟(105)的頻率標記，檢查x，y，z對應相干函數的係數，將30個頻率分量中的係數小於0.5的頻率分量清除，30個頻率分量中剩餘的頻率分量為獲得的減震分量。
作為優選，所述步驟(1-3)包括如下步驟：
(301)控制器分別記錄辨識開始前振動信號ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；
(302)控制器根據標記的頻率輸出作動器控制，並使得ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)和gs(n)在控制頻率振動幅值變化控制在20％+/-3％；
(303)控制器依據變化率和驅動信號幅值大小變化，計算控制信號對作動器的傳遞函數。
作為優選，所述步驟(1-4)包括如下步驟：
(401)控制器以12.8k為採樣率，每4個採樣點作為一次減振驅動的閉環周期，五個振動信號分別定義為ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；
(402)控制器分別判斷ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)對應減震分量處當前信號的幅值和相位；
(403)控制器分別生成需減震的的目標減振信號，目標減振信號乘上傳遞函數，生成驅動信號da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)和de(n)。
作為優選，所述步驟(1-5)包括如下步驟：
(501)控制器對輸出的驅動信號da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)和de(n)進行插值濾波，從而滿足硬體da實際輸出頻率的要求；
(502)控制器將各個驅動信號通過da轉換為模擬信號，並以電流形式輸給作動器。
因此，本發明具有如下有益效果：適應性強，施工簡單，減震、降噪效果好。
附圖說明
圖1是本發明的一種原理框圖；
圖2是本發明的一種流程圖。
圖中：電力電容器1、加速度傳感器2、噪聲傳感器3、控制器4、作動器5。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的描述。
如圖1所示的實施例是一種基於主動振動控制的電力電容器噪聲控制方法，包括12個電力電容器1，分別設於各個電力電容器上的12個加速度傳感器2，噪聲傳感器3，控制器4，分別設於各個電力電容器上的12個作動器5；控制器分別與各個加速度傳感器、噪聲傳感器和各個作動器電連接；如圖2所示，包括如下步驟：
步驟100，各個加速度傳感器分別採集電力電容器表面的振動信號，靠近各個電力電容器的噪聲傳感器採集噪聲信號；
步驟200，控制器通過相干函數檢測振動和噪聲的相關性，選取減振分量；
步驟300，控制器對減振分量進行作動器傳遞函數辨識；
步驟400，計算主動減震驅動信號；
步驟500，控制器輸出m路減振控制信號分別到m個作動器；
步驟600，重複步驟100至300；
步驟700，控制器更新作動器傳遞函數；返回400。
本發明的降噪方案迭代優化，是對之前的降噪效果進行進一步評價，通過調整傳遞函數等方法，進一步細化控制過程。
步驟100包括如下步驟：
控制器以12.8khz的採樣頻率，連續採集五個面的振動信號，a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)和噪聲信號s(n)；
控制器以4096點為數據長度，對採集到的a(n)，b(n)，c(n)，d(n)，e(n)進行快速傅立葉變換(fft)，分別得到fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)；
fft計算公式為：
控制器分別計算fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)，fs(n)的自功率譜ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)；fa(n)，fb(n)，fc(n)，fd(n)，fe(n)分別與fs(n)計算互功率譜，分別得到gas(n)，gbs(n)，gcs(n)，gds(n)，ges(n)；
自功率譜公式為：
互功率譜公式為：
說明：fx表示信號x的fft變換，是fx的共軛。
對每個自功率譜和每個互功率譜進行不少於平均數為8的線性平均；
對振動信號幅值最大的30個頻率分量進行標記。
步驟200包括如下步驟：
控制器計算振動信號a(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號coha(n)，
計算振動信號b(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohb(n)，
計算振動信號c(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohc(n)，
計算振動信號d(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohd(n)，
計算振動信號e(n)和噪聲信號s(n)的相干信號，得到相干信號cohe(n)；相干信號的計算公式為：
相干函數的值在0-1之間，越接近1表示信號相關性越高，即響應信號與參考信號的關聯性越高，只有相關性高的部分才可根據本發明進行噪聲控制。
根據105的頻率標記，檢查x，y，z對應相干函數的係數，將30個頻率分量中的係數小於0.5的頻率分量清除，30個頻率分量中剩餘的頻率分量為獲得的減震分量。
步驟300包括如下步驟：
控制器分別記錄辨識開始前的振動信號ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)。
根據標記的頻率輸出作動器控制，並使得ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)在控制頻率振動幅值變化控制在20％+/-3％。
依據變化率和驅動信號幅值大小變化，計算控制信號對作動器的傳遞函數。
步驟400包括如下步驟：
控制器以12.8k為採樣率，每4個採樣點作為一次減振驅動的閉環周期，五個振動信號分別定義為ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)。
分別判斷ga(n)，gb(n)，gc(n)，gd(n)，ge(n)，gs(n)對應各標記頻率分量處當前信號的幅值和相位；
分別生成需減震的的目標減振信號，乘上傳遞函數，生成驅動信號da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)，de(n)。
步驟500包括如下步驟：
對輸出的驅動信號da(n)，db(n)，dc(n)，dd(n)，de(n)進行插值濾波，從而滿足硬體da實際輸出頻率的要求。
控制器將數位訊號通過da轉換為模擬信號，並以電流形式輸給作動器。
應理解，本實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。