武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院、國網(wǎng)湖北省電力公司技術(shù)培訓(xùn)中心的研究人員王晉偉、應(yīng)黎明、劉勤、楊鵬，在2018年第1期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文指出，變壓器噪聲是變電站中主要噪聲來源，開展變壓器有源噪聲控制研究能夠彌補無源降噪方式對低頻噪聲治理效果差的不足，具有應(yīng)用價值。

對電力變壓器噪聲信號進行采集及分析，建立了復(fù)雜聲波模型。通過分析變壓器噪聲特性及各頻率分量聲壓級貢獻，將100 Hz、200 Hz、300 Hz三個能量集中的噪聲頻率分量作為消除目標(biāo)，提出一種基于擾動跟蹤法的變壓器有源噪聲控制算法。

進一步以工控機和可視化編程實現(xiàn)擾動跟蹤控制功能，以PCI數(shù)據(jù)卡、傳聲器和揚聲器實現(xiàn)噪聲信號采集及輸出功能，搭建有源降噪實驗裝置。在110 kV變電站中進行降噪實驗，實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)在夾角為40°的測量區(qū)域內(nèi)能取得一定降噪效果，為變壓器有源降噪系統(tǒng)的進一步應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。

毗鄰居民生活區(qū)的變電站普遍存在噪聲擾民問題，影響居民日常生活，甚至危害人體健康[1]。電力變壓器噪聲是變電站中主要噪聲來源，屬于低頻噪聲[2]。該類噪聲波長長，穿透及繞射能力強。傳統(tǒng)無源噪聲控制方式（如加裝吸聲、隔聲墻），對這類低頻噪聲治理效果不顯著且投資巨大[2]，同時，在變電站中大面積加裝隔音墻會導(dǎo)致變壓器散熱難，并給生產(chǎn)現(xiàn)場帶來安全隱患。

有源噪聲控制（Active Noise Control，ANC）技術(shù)為低頻段噪聲治理提供了有效的解決手段[3,4]。ANC應(yīng)用于變壓器降噪的原理如圖1所示，即采用適當(dāng)控制算法跟蹤待消除噪聲信號，發(fā)出一個與其頻率和幅值相同、相位相反的次級聲，通過聲波相消干涉原理達到降噪目的。

圖1  電力變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)示意圖

在聲學(xué)降噪應(yīng)用研究方面已取得的研究成果主要集中在封閉空間降噪[5-8]。針對變電站這類開闊空間的ANC降噪研究開展較少[9-13]，且已有成果側(cè)重于控制算法仿真研究，物理實驗研究成果較少。文獻[9]首次將ANC技術(shù)應(yīng)用于變壓器降噪，但受當(dāng)時技術(shù)水平限制，只能通過人為調(diào)節(jié)來跟蹤噪聲信號，降噪效果不理想。

世紀(jì)80年代后，電子與計算機技術(shù)的快速發(fā)展及自適應(yīng)濾波理論的逐漸成熟，為ANC的應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。文獻[10]將自適應(yīng)濾波算法中的最小方均（Least Mean Square，LMS）算法應(yīng)用于變壓器降噪，實現(xiàn)了自適應(yīng)跟蹤變壓器噪聲信號。

其后，多位學(xué)者在此基礎(chǔ)上對算法進行改進[11,12]，但LMS及其改進算法在收斂速度與收斂精度之間存在固有矛盾，對參考信號具有高相關(guān)性要求，對次級通道辨識精度要求高及存在聲反饋現(xiàn)象等因素，使得這類算法在實際應(yīng)用中受到限制。

文獻[13]在FXLMS算法的基礎(chǔ)上，提出了一種利用陷波器合成參考信號的電力變壓器有源降噪方法；文獻[14]在其基礎(chǔ)上進一步改進算法，以減小合成參考信號與初級噪聲信號出現(xiàn)頻率偏差時的不利影響；文獻[15]將電源信號作為參考信號，雖然能夠避免參考信號拾取時干擾噪聲及聲反饋現(xiàn)象對系統(tǒng)的不利影響，但由于很難準(zhǔn)確獲得由電源信號產(chǎn)生的鐵心振動經(jīng)絕緣油、油箱壁、空氣這一振動—聲傳播路徑的傳遞函數(shù)，從而無法準(zhǔn)確跟蹤噪聲信號并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上述文獻中，僅有文獻[14,15]進行了100 Hz單頻噪聲物理降噪實驗。

針對目前變壓器ANC算法在實際應(yīng)用的局限性及物理實驗研究較少的問題，本文測量并分析了電力變壓器噪聲。將三個聲壓級貢獻大的頻率分量作為待消除目標(biāo)，提出了一種基于擾動跟蹤法的有源控制算法，通過仿真驗證了該算法的有效性。

利用工控機和可視化編程實現(xiàn)了基于擾動跟蹤法的有源噪聲控制器功能。最后，利用PCI數(shù)據(jù)卡、傳聲器及揚聲器實現(xiàn)噪聲信號采集和輸出功能，搭建了一套可實際運行的降噪系統(tǒng)實驗裝置，并在真實變電站中進行了降噪實驗。實驗結(jié)果驗證了本文提出的電力變壓器ANC系統(tǒng)具有一定降噪效果。

圖2  降噪實驗圖

結(jié)論

本文提出并實現(xiàn)了一種基于擾動跟蹤法的電力變壓器噪聲有源控制系統(tǒng)，在110 kV變電站中進行了降噪實驗，并在一定區(qū)域內(nèi)取得了降噪效果，為進一步應(yīng)用研究提供了基礎(chǔ)。通過對實驗過程及結(jié)果進行分析總結(jié)，結(jié)論如下：

1）本文提出的基于擾動跟蹤法電力變壓器噪聲有源控制算法實現(xiàn)容易、計算簡單，能夠有效應(yīng)用于實際運行的變壓器降噪系統(tǒng)。

2）本文設(shè)計的基于擾動跟蹤法的電力變壓器噪聲有源控制系統(tǒng)能夠在變電站實際運行，并能在夾角為40°的扇形測量區(qū)域內(nèi)取得平均2.3 dB的降噪效果。

3）目前，本文提出的擾動跟蹤法僅將100 Hz、200 Hz、300 Hz噪聲分量作為跟蹤目標(biāo)，若將更多噪聲頻率分量作為待消除目標(biāo)，預(yù)期能夠進一步提高降噪效果，但同時要考慮算法計算復(fù)雜度和系統(tǒng)實現(xiàn)難易程度，以保證算法在線跟蹤性能。

4）本文所采用的次級聲源陣列方案僅以經(jīng)驗法進行設(shè)計，若依據(jù)變壓器噪聲空間輻射、衰減特性對次級聲源陣列方案進行優(yōu)化設(shè)計，則預(yù)期能夠獲得更大的降噪?yún)^(qū)域和更好的降噪效果。