一种变电站混合噪声分离方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种噪声分离方法，更具体涉及一种变电站混合噪声分离方法。
【背景技术】：
[0002] 在变电站等场所的环境技术领域中，变电站厂界噪声满足国家相关环境标准的要 求是输变电工程设计的一个基本条件，从我国已完成的输变电工程噪声治理情况来看，在 工程规划期对噪声进行预测，对于合理确定变电站和线路设计参数，保证变电站和线路安 全可靠运行和降低工程建设运行成本、满足环境保护要求等均具有十分重要的意义，根据 目前大量已运行的变电站的环保竣工验收监测及类比监测结果，输变电工程产生的工频电 场、磁感应强度、无线电干扰场强W及厂界可听噪声均能满足推荐的标准限值要求。但随着 国民经济和电网建设的飞速发展，W及对输变电工程环境影响的重视，如何进一步降低变 电站噪声对周边环境的影响、创造绿色环保型变电站是目前变电站建设的一项问题。
[0003] 变电站内设备较多，噪声环境复杂，各种噪声混合使得噪声预测、控制、治理及改 造都存在一定困难。因此，开展输变电噪声分离技术研究，将设备噪声、背景噪声、电晕噪声 等多种噪声分离，明确现场主要噪声源，对输变电线路噪声环评、噪声治理、噪声预测都具 有重要的作用。在变电站存在的噪声源中，除了变压器、电抗器本体噪声之外，还有冷却设 备噪声与站内、外的电晕噪声。风扇噪声与电晕噪声由于其宽带的频谱特性，衰减较快，故 在场界处噪声污染的主要来源为变压器、电抗器设备。已有的预测方法即为仅考虑其本体 噪声的结果。但是，在某些特定环境下，例如规模较小的变电站或变电站内敏感点处，其它 两种噪声的影响不能忽略。故为了更加精确地预测噪声水平，需从综合噪声中得出Η种噪 声能量级的大小，分别进行预测，W得到更加细化的结果。
[0004] 据上述原因，本发明提出一种变压器混合噪声分离方法，有效分离出变电站内变 压器、风扇、电晕Η种典型噪声，分离后的结果可W作为场界噪声预测时的输入值与噪声治 理时的参考值。同时为变电站噪声检测及治理提供有效手段。
【发明内容】
：
[0005] 本发明的目的是提供一种变电站混合噪声分离方法，该方法为变电站实际运行状 况下的噪声验收、噪声治理提供了理论依据及评价方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案；一种变电站混合噪声分离方法，所 述方法为分离单独的变压器本体噪声、风扇噪声和电晕噪声的方法；所述方法包括W下步 骤：
[0007] (1)确定变电站本体噪声、风扇噪声和电晕噪声的噪声特性；
[000引 似分离变压器本体噪声；
[0009] (3)分离电晕噪声；
[0010] (4)分离风扇噪声。
[0011] 本发明提供的一种变电站混合噪声分离方法，所述步骤（1)中的变压器本体噪声 为其频率集中于100化和W 100化为基频的谐频成分；冷却设备的所述风扇噪声为白噪声， 其频率在小于1500化内均匀分布；所述交流电晕噪声在可听噪声的主要频段广泛分布；主 要频段为20化-20曲Z。
[0012] 本发明提供的一种变电站混合噪声分离方法，所述步骤（2)的分离过程为：
[0013] 将包括所述变压器本体噪声、电晕噪声和风扇噪声的时域环境噪声S (η)进行小 波变换；
[0014] 所述小波变换后的系数 Cl (η)、C2(n)、C3(n)、C4(n)、Cs(n)和 Ce(n);
[0015] 所述系数Cl (n)经过通带梳状滤波器和小波逆变换得到所述变压器本体噪声 刮4。
[0016] 本发明提供的另一优选的一种变电站混合噪声分离方法，所述小波变换采用 Daubechies滤波器组；所述系数Cl (η)对应的频率范围为O-f/64, f为基本采样频率；所述 通带梳状滤波器的通带频率为其本体振动频率基频频率50化和50化整数倍的频率。
[0017] 本发明提供的再一优选的一种变电站混合噪声分离方法，所述步骤（3)中的分离 过程为：
[0018] 将包括所述变压器本体噪声、电晕噪声和风扇噪声的时域环境噪声S (η)进行小 波变换；
[0019] 所述小波变换后的系数 Cl (η)、C2(n)、C3(n)、C4(n)、Cs(n)和 Ce(n);
[0020] 将所述系数cs(n)和ce(n)小波反变换为时域波形r (n);
[0021] 判断时域波形r (η)是否发生电晕噪声。
[0022] 本发明提供的又一优选的一种变电站混合噪声分离方法，当所述时域波形r (η) 未发生电晕噪声时，电晕噪声为0 ;当所述时域波形r (η)发生电晕噪声时：
[0023] 将所述系数Cl (η)通过阻带梳状滤波器后与所述系数C2 (η)、C3 (η)、C4 (η)、C5 (η)和 ce(n)共同进行小波反变换形成时域波形y(n);
[0024] 将所述时域波形y(n)通过快速傅里叶变换形成包含电晕噪声频谱和风扇噪声频 谱的YqGO ;
[00巧]通过谱减法确定频谱Yq化）中的电晕噪声频谱。
[0026] 本发明提供的又一优选的一种变电站混合噪声分离方法，所述时域波形y(n)与 r (η)分顿处理，顿长为N，顿移为P，第q顿数据有：
[0027] y" = [y (qP-N+1), y (qP-N+2), ··· y (qP) ]
[0028] r。= [r (qP-N+1), r (qP-N+2),…r (qP) ] T
[0029] 所述频谱Yq似为：
[0030]
[00引]其中，w(m)为窗函数。
[0032] 本发明提供的又一优选的一种变电站混合噪声分离方法，当所述时域波形r (η) 未发生电晕噪声时，通过所述频谱Yq(k)确定其噪声谱：
[0033]
[0034]
[0035]
[003引其中餐輯)、餐的和Nq似分别为最小谱值、最大谱值和噪声谱值；α、目和K为 平滑参数，取值为α = 0. 01，目=0. 5, Κ = 0. 1 ;
[0037] 当所述时域波形r (η)发生电晕噪声时，则噪声谱值保持不变Nq似=Nq 1似；
[0038] 电晕噪声频谱Dq化）为：
[0039]
[0040] 所述电晕噪声频谱Dq(k)经过快速傅里叶逆变换得到时域dq(m):
[0041]
[0042] 其中，m = 0, 1，…N-1。
[0043] 本发明提供的又一优选的一种变电站混合噪声分离方法，若顿移P = N，则快速傅 里叶变换没有加窗，贝U
[0044]
[0045] 其中，m = 0, 1，...P-l ;
[0046] 通过下式判断所述时域波形r (η)是否发生电晕噪声：
[0049] 其中，Τ为电晕噪声检测量；，ξτ为口限值；E{r2(n)}可用下式进行确定：
[0050]
[00川其中，Y = 0. 99为平滑系数，.印;{，!)}为Elr2^}的估计值。
[0052] 本发明提供的又一优选的一种变电站混合噪声分离方法，所述步骤（4)中的分离 过程为：
[0053] 将包括所述变压器本体噪声、电晕噪声和风扇噪声的时域环境噪声s (η)进行小 波变换；
[0054] 所述小波变换后的系数 Cl (η)、C2(n)、C3(n)、C4(n)、Cs(n)和 Ce(n);
[00巧]将所述系数(：1(11)通过阻带梳状滤波器后与所述系数〇2(11)、〇3(11)、〇4(11)、〇5(11)和 ce(n)共同进行小波反变换形成时域波形y(n);
[0056] 所述风扇噪声通过将所述时域波形y (η)中去掉电晕噪声dq(m)确定。
[0057] 本发明提供的又一优选的一种变电站混合噪声分离方法，第q顿所述风扇噪声
则：
[0058]
[0059] 其中，gq (m)为所述频谱Yq化）确定风扇噪声功率谱Gq化）的FFT逆变换：
[0063] 所述阻带梳状滤波器的阻带频率为其本体振动频率基频频率50化和50化整数倍 的频率。
[0064] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有W下优异效果
[0065] 1、本发明为变电站实际运行状况下的噪声验收、噪声治理提供了理论依据及评价 方法；
[0066] 2、本发明针对变电站现场噪声复杂，难W确定各类噪声贡献的情况提出的解决方 法；
[0067] 3、本发明对于合理确定变电站和线路设计参数，保证变电站和线路安全可靠运行 和降低工程建设运行成本、满足环境保护要求等均具有十分重要的意义；
[0068] 4、本发明更加精确地预测噪声水平，得到更加细化的结果；
[0069] 5、本发明有效分离出变电站内变压器、风扇、电晕Η种典型噪声，分离后的结果可 W作为场界噪声预测时的输入值与噪声治理时的参考值；
[0070] 6、本发明为变电站噪声检测及治理提供有效手段。
【附图说明】
[0071] 图1为本发明的电晕噪声的时域波形图；
[0072] 图2为本发明的电晕噪声的声纹图；
[0073] 图3为本发明的变压器本体噪声的时域波形图；
[0074] 图4为本发明的变压器本体噪声的声纹图；
[00巧]图5为本发明的风扇噪声的时域波形图；
[0076] 图6为本发明的风扇噪声的的声纹图；
[0077] 图7为本发明的变电站综合噪声分离算法框图；
[0078] 图8为本发明的分离后的本体噪声时低频段的频谱图；
[0079] 图9为本发明的分离后的电晕噪声时频谱图；
[0080] 图10为本发明的分离后的风扇噪声时频谱图；
[0081] 图11为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0082] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0083] 实施例1 :
[0084] 如图1-9所示，本例的发明的方法为分离单独的变压器本体噪声、风扇噪声和电 晕噪声的方法，该方法包括W下步骤：
[0085] -、确定变电站本体噪声、风扇噪声、电晕噪声的噪声特性。
[0086] 图1-图6所示，为通过试验得到的各类噪声的时域波形及时频谱图（即声纹图）。 变压器本体噪声为线谱特征明显的周期性噪声，其能量集中于100化及其一系列谐频成分 上（能量分布的上限约为1000化）；冷却设备风扇噪声为典型的白噪声，能量在较宽的频带 范围内均匀分布；而交流电晕噪声为一系列短时声脉冲的集合。
[0087] 二、首先分离变压器本体噪声
[0088] 假设传声器测量的环境噪声S (η)，忽略测量噪声，包括本体噪声b (η)、电晕噪声 d(n)，W及风扇噪声g(n)，有：
[0089] S (η) = b (η) +d (η) +g (η)
[0090] 频域上有：
[0091] S (f) = B (f) +D (f) +G (f)
[009引其中，5讯、8讯、0讯、6讯分别是3(11)、6(11)、(1(11)、邑(11)傅里叶变化。已知风 扇噪声功率集中在