大功率电力变压器智能化有源降噪系统研究

发布时间：2017-09-09 01:52

  本文关键词：大功率电力变压器智能化有源降噪系统研究

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【摘要】：随着科技的进步和社会的发展,噪声污染越来越受到人们的关注。近年来,由于城市不断扩张和电网改造的需要,使得许多大型电力变压器越来越靠近居民区,严重影响着周围居民的生活。本文选取某市110kV变电站一台连续正常运行的变压器为研究对象,采集其噪声并进行分析,结果显示其噪声以低频为主,且在100Hz及其倍频处幅值明显升高。采用隔声、吸声、消声等传统变压器降噪措施对低频噪声效果并不明显,而改变变压器制造材料、工艺等措施又会增加制造成本。随着电力电子技术的进步,基于惠更斯原理的有源噪声控制技术得到了长足发展。其设备小、成本低,且对低频区域噪声控制效果显著,非常适用于大型电力变压器的噪声控制。智能化有源降噪系统的核心控制部件是自适应滤波控制器,它是系统能否自适应地跟随噪声变化而实时做出调整的关键。目前常采用最小均方误差算法作为自适应滤波器控制算法,本文从理论上分析了该算法的收敛性和稳态误差性能,并基于LabVIEW开发平台设计了自适应滤波器,仿真研究了收敛系数、自适应滤波器阶数和杂散信号对自适应算法收敛性和稳态误差性能的影响。研究发现,收敛系数取值的增大会加快自适应算法的收敛速度,并增强降噪效果；但当其值超过某一阈值后,系统的稳态误差将会激增,最终导致系统发散降噪失败。为解决收敛系数合理取值这一关键问题,本文在对传统算法进行改进的基础上提出了变步长LMS算法,经仿真验证发现改进后的算法能够在保持较快收敛速度的情况下提高稳态误差性能。基于理论研究及仿真分析结果,本文以自适应滤波器为核心设计了一整套软硬件完备的大功率电力变压器智能化有源降噪系统。其硬件部分主要包含数据采集模块、系统控制模块以及信号输出模块,数据采集模块主要负责初级噪声信号和误差信号的采集过程,并完成A/D转换功能；系统控制模块根据输入信号的变化自适应对输出信号做出实时调整；输出模块则对输出信号进行D/A转换、放大,并将其作为次级噪声经无源音箱发出。软件部分则以自适应滤波器及其控制算法为核心,数据采集模块和信号输出模块负责计算机与底层仪器之间的通信。本文还添加了数据分析模块、数据存储模块和历史数据检索模块,极大地丰富了软件的功能及可扩展性。本文利用采集的电力变压器噪声作为初级噪声对智能化有源降噪系统进行了整体测试,在误差传感器处取得了5-10dB的总体降噪效果,声能量下降约68%～90%,尤以低频噪声幅值下降明显,弥补了传统变压器降噪措施无法有效抑制低频噪声的不足,验证了本文构建的智能化有源降噪系统的有效性。
【关键词】：噪声 有源降噪 自适应滤波器 LMS算法
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM41
【目录】：

• 摘要(中文)8-10
• 摘要(英文)10-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 变压器噪声产生机理13-14
• 1.3 变压器降噪技术研究现状14-21
• 1.3.1 无源降噪技术研究现状14-15
• 1.3.2 有源降噪技术研究现状15-21
• 1.4 本文研究内容21-23
• 第二章 电力变压器噪声分析及有源降噪硬件系统设计23-30
• 2.1 大功率电力变压器噪声分析23-25
• 2.2 有源降噪硬件系统设计25-28
• 2.2.1 数据采集系统硬件设计25-27
• 2.2.2 信号输出系统硬件设计27
• 2.2.3 硬件系统总体结构27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 自适应有源降噪控制系统研究30-39
• 3.1 自适应有源降噪系统30-32
• 3.2 变压器智能化有源降噪系统数学模型32-33
• 3.3 有源降噪控制原理及算法33-38
• 3.3.1 自适应滤波原理34-36
• 3.3.2 LMS算法原理36-37
• 3.3.3 仿真验证37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 自适应有源降噪算法性能研究39-54
• 4.1 LMS算法性能分析39-42
• 4.1.1 收敛性40-41
• 4.1.2 稳态误差性能41-42
• 4.2 LMS算法性能影响因素42-51
• 4.2.1 收敛系数对算法的影响42-45
• 4.2.2 滤波器长度对算法的影响45-48
• 4.2.3 杂散信号对算法的影响48-51
• 4.3 变步长LMS算法51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 有源降噪软件系统设计54-64
• 5.1 LabVIEW软件平台简介54-55
• 5.2 软件系统模块化设计55-60
• 5.2.1 数据采集模块55-56
• 5.2.2 信号输出模块56-57
• 5.2.3 数据分析模块57-58
• 5.2.4 数据存储模块58-59
• 5.2.5 历史数据检索模块59-60
• 5.3 实例验证60-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72
• 附件72

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 郭欣;;220kV变电站变压器噪声研究[J];科技情报开发与经济;2011年08期

2 白志勇;李功宇;黄志亮;杨小高;;新型干式变压器通风消声窗研究[J];科学技术与工程;2009年18期

3 于志刚;桓晓芳;;噪声污染中种类、危害及防治[J];科技传播;2014年12期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 段旭;直流偏磁下变压器振动机理与振动信号分析研究[D];重庆大学;2013年

2 祝丽花;叠片铁心磁致伸缩效应对变压器、交流电机的振动噪声影响研究[D];河北工业大学;2013年

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本文编号：817609