基于内模控制的阵列式电力变压器有源消声技术研究

The noise pollution problem of power transformer substation is an urgent issue to be solved in present electricity development. This project aims to design an array type active noise control system for power transformer noise reduction, mainly based on internal model control technology. The main purpose of the project is to reduce the low frequency noises of power transformer. The project adopts internal control structure in its designed control system, studies the algorithm of fast extracting low frequency noise signal characteristics and the algorithm applicated for multi-channel system, it also studies the impacts of time delay of active filter algorithm and secondary sound source,and the strategies to eliminate the impacts. The strategy of coordinating convergence speed and stability of the control system and the impacts with its compensation strategy of system nonlinearity are also discussed in the project. The project puts forward reasonable solution for secondary sound sources and error sensors arrangement with theoretical analysis and experimental study. The project makes some exploratory work in active control algorithm and technology application of active noise control for power transformer, and lay a foundation for the practical application of active noise control for power transformer, and the project has significant scientific value and engineering application value.

变电站电力变压器噪声污染是一个亟待解决的问题。本项目旨在构建基于内模控制的电力变压器阵列式有源消声控制系统，主要目标是降低电力变压器的低频噪声。系统采用内模控制方式，研究快速、有效提取变压器低频噪声信号特征的算法和多通道频域自适应滤波算法，研究滤波算法时延和次级声源时滞对消声系统的影响和消除这种影响的控制策略。分析协调系统的收敛速度与稳定性，分析系统非线性对消声效果的影响和补偿方法。通过理论分析和试验研究提出次级声源和误差传声器的合理布放方案。项目的研究在电力变压器噪声主动控制算法和技术的应用上做一些探索性工作，为电力变压器有源消声的实用化奠定基础，有重要的科学意义和工程应用价值。

城市化进程的快速推进和居民供电需求的持续增长，导致部分原有和新建变电站现已毗邻于居民生活区域，站内电力设备噪声扰民凸显。针对这一问题，本项目利用有源噪声控制技术，从噪声信号分析及提取、系统控制结构、控制算法及其性能分析、次级通道辨识以及电力变压器有源消声系统应用研究等方面开展了深入的研究。.利用全相位FFT技术对变压器噪声进行频谱特性分析，并采用全相位数字滤波技术作为前置信号处理，经前置处理后的初级噪声信号谐波干扰小、毛刺少，且无时延，为有源噪声控制系统实现提供基础。.提出了一种多通道内模结构的FXLMS有源噪声控制系统算法，并针对算法步长参数在收敛性和收敛精度中存在的矛盾性问题，采用遗传算法进行参数寻优，Sigmoid函数控制步长变化。提高了算法前期的收敛速度和算法后期的收敛精度，提高了算法性能。.研究了次级通道参数对有源噪声控制系统的影响，提出了一种改进箕舌线变步长LMS算法用于四次级通道参数在线辨识，显著提升了收敛速度，解决了由系统的复杂性以及信号耦合带来的系统收敛慢的问题。.针对声传感器采集到冲击性干扰信号易导致系统失稳的问题，提出了归一化滤波语音μ律函数变换的LMS算法。该算法将输入信号按自身平均能量进行归一化处理以避免信号能量突变时引起梯度放大问题，将压缩μ律函数做相应改变，重新定义归一化LMS算法的代价函数，抑制误差信号中的冲击性干扰，加强了系统的抗扰能力。.项目在理论研究和仿真研究基础上，构建一套变压器有源噪声控制系统，在实际变电站中进行了降噪实验，在夹角40°的区域范围中取得均值2.3dB的降噪量，有一定的降噪效果。