电力变压器有源噪声控制系统抗干扰技术研究

顾斯洋，王 军，张 英，黄永烈，崔 鹏，扈常生

（国网辽宁省电力有限公司营口供电公司，辽宁 营口115000）

0 引 言

电网中，电力变压器运行的负荷较大，电力变压器发出的低频噪声严重影响着周围居民的生活。为了保证电力变压器的低频噪声不影响周边居民的正常生活，必须采用有效措施，治理电力变压器的噪声。有源噪声控制技术可以有效控制电力变压器的低频噪声，降低电力变压器低频噪声强度，通过研究电力变压器有源噪声控制系统抗干扰技术，提高电力变压器对有源噪声的控制效果。

1 变压器有源噪声控制系统分析

变压器有源噪声控制系统中的控制器包括软件和硬件两部分。软件主要是实现有源控制的算法，硬件是为软件应用提供基础平台架构的。在有源噪声控制系统中，控制器可以根据参数变化，自动调整权系数向量，从而达到最优化的控制效果。有源噪声控制系统的控制器采用自适应滤波器进行建模，权系数采用FXLMS算法进行更新。有源噪声控制系统中的传感器主要是声传感器和误差传感器两种。声传感器具有电压和声压相互转换的功能，把变压器采集到的声压信号转换为电压信号，并将信号输入到控制系统中。声传感器的性能直接影响有源噪声控制系统的降噪效果。在有源噪声控制系统中，在变压器上安装的声传感器叫做参考声传感器，收集的信号可以作为控制器的输入信号。在待降噪区安置的声传感器，把收集到的误差信号返回给控制器，可以有效帮助控制器权系数进行更新[1]。

2 变压器有源噪声控制系统干扰源分析

经过变压器对现场数据进行测试结果表明，因为背景噪声的问题，在有源噪声控制系统中，声传感器收集的信号在信噪上比较低。在收集的信号中不仅有变压器的噪声信号，而且有周期性噪声干扰、宽带噪声、冲击性噪声干扰和非相关干扰等其他干扰信号。周期性噪声干扰主要来源于变电站装置的周期性运行和电气干扰等，波形比较稳定。超出变压器噪声主频谱的波段可以通过带通滤波器进行滤除。所有周期性噪声干扰对有源噪声控制系统的影响很小。宽带噪声来源的种类较多，如气流噪声、热噪声等声源。对宽带噪声可以采用高斯白噪声进行处理，通过自适应算法削弱带宽噪声带来的噪声干扰。冲击波噪声干扰持续时间短，但是对控制器的稳定性造成了很大影响，可以采用FXLMS算法提高有源噪声控制系统的抗冲击性干扰能力。

3 电力变压器有源噪声控制系统抗干扰技术研究

3.1 有源噪声控制系统抗冲击性噪声干扰技术研究

冲击性噪声干扰技术采用的算法主要是FXLMS算法。但是，在参考信号远离大幅值信号时候，会造成FXLMS算法不稳定。所以，提出了在参考信号的数字超过预设阈值时，控制器要停止更新，以保证算法的稳定性。为了进一步提高抗冲击性噪声干扰技术算法的稳定性，本文对算法进行了进一步改进，可以更好地提高算法的收敛性。改进方法是消减超过预设阈值参考信号使其达到设定的阈值，但是对其消减的最后结果不能变为零。对算法的改进，要以噪声信号在线和离线统计的阈值为依据，且要设置合理的阈值，这样经过改进的算法才可以达到降低噪声的最佳效果。本文还提出了对使用误差信号的二阶对数矩阵来推导FXLMS算法，这种算法可以通过对数函数把误差信号作非线性变换处理，有效防止大样本值对算法的准确度造成影响。FXLMS算法的特点是不用设置阈值，但是采用的代价函数对统计规律的信号进行处理是固定的，实用性有所降低。参考信号中的冲击干扰会对算法迭代产生不利影响，本文采用HAMPEL函数算法处理方式处理参考信号，提高抗冲击噪声干扰技术的算法稳定性[2]。

3.2 有源噪声控制系统次级声反馈抗干扰技术研究

在有源噪声控制系统的前馈结构中，次级声源辐射发出的次级噪声会降低参考信号的质量和有源噪声控制系统的稳定性。所以，次级声源噪声抗干扰技术的研究具有重要的应用价值。具有指向性的扬声器的研究可以在一定程度上有效解决次级声源反馈问题，但是具有指向特性的声学器件价格较贵，在低频特性上效果不好。所以，本文采用IIR滤波器对控制器进行建模，采用滤波-U算法提高次级声反馈抗干扰效果。本文提出了次级声反馈中和算法，首先建立一个补偿滤波器，通过补偿滤波器的输出抵消参考信号中的次级噪声分量。在有源噪声控制系统中，声反馈中和算法在系统中增加了一个反馈通路子系统。本文在有源噪声控制系统中通过设定参考信号的方法，不需要通过声传感器采集参考信号，从根本上制止了次级声反馈问题的发生。这种方法在以谐波形式生产的变压器噪声中可以得到很好应用。变压器的噪声频谱较低，在变压器有源噪声控制系统中应用参考信号的方法，可以有效处理次级声反馈问题，具有重要的应用价值[3]。

3.3 有源噪声控制系统内部参考信号噪声抗干扰技术研究

在电力变压器产生的噪声中很多都具有周期性，而周期性噪声是由特定频率谐波噪声构成的。本文采用线谱噪声的特性对噪声进行针对控制，基于FXLMS算法线谱噪声控制技术得到了广泛应用。对线谱噪声的有源控制，采用波形合成的方法来实现。这种方法采用非声学传感器与初级噪声相关的周期信号，之后合成有源噪声控制系统的参考信号，以有效避免有源噪声系统受次级声波反馈问题的影响。本文采用给定的内部参考信号对单频有源噪声控制系统进行构建，主要方法是通过传感器获取初级噪声的频率信息，之后系统会根据频率信息产生正弦信号。正弦信号可以作为有源噪声控制系统的参考信号，且可以选择FIR自适应滤波器作为系统的控制器。针对多个谐波进行叠加产生的噪声，本文提出了多个单频有源噪声控制系统进行并联，构成并联型多频噪声控制系统。并联多频噪声控制技术可以有效解决系统内部参考信号的噪声干扰问题[4]。

4 结 论

电力系统变压器距离居民生活区非常近，电力变压器的噪声问题是亟待解决的环境问题。电力变压器有源噪声控制系统采用先进的抗干扰技术，可以有效控制电力变压器低频噪声，进一步提高控制系统的抗干扰能力。

[1] 刘姜涛，刘震宇，应黎明，等.基于广义FIR滤波器的电力设备有源噪声控制[J].电网技术，2012，36（6）：250-255.

[2] 张贤国，康宏彪，陈宇鹏，等.降低大型电力变压器铁心噪声的工艺措施[J].电气工程学报，2010，（12）：32-33.

[3] 顾晓安，沈密群，朱振江，等.变压器铁心振动和噪声特性的试验研究[J].变压器，2003，40（4）：1-4.

[4] 常建华，全书海.自适应陷波器的原理,应用及其算法仿真[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），1998，（3）： 46-49.