CN102194027A - 变电站噪声控制优化分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站噪声控制优化分析方法，包括以下步骤：1）收集基础数据；2）构建物理模型；3）接收点噪声值计算；4）限值判断；5）优化分析；6）最优方案选择，该方法能够准确考虑噪声传播的几何发散，传播途径中大气、地面、建筑物、绿化带等对噪声衰减的影响，以此来准确预测变电站及其周边空间中任意点的噪声大小，为变电站噪声控制工程提供更快捷有效的设计参考，确保变电站在设计之初就能够将噪声控制到一个对环境影响最小的程度，同时在变电站噪声治理中获取最优的声屏障设计方案，提高噪声控制效果，更好地满足环保要求，降低工程造价，避免噪声控制过程中的盲目性；同时，本发明还提供了一种变电站噪声控制优化分析系统。

Description

变电站噪声控制优化分析方法及系统

技术领域

本发明涉及噪声控制技术领域，特别涉及一种变电站噪声控制优化分析方法，同时还涉及一种变电站噪声控制优化分析系统。

背景技术

目前，越来越多的变电站进入到城市人口密集区，变电站噪声对周边环境的影响日益突出，然而目前国内在变电站噪声控制方面还缺乏一套科学的、系统的和行之有效的好方法，在变电站设计时，缺乏对变电站噪声源、建筑物、树木以及其他障碍物等整体的的优化布局分析，工程上在运用声屏障进行噪声控制时带有一定的随机性，缺乏优化过程。

总体来说，导致声源衰减的原因主要有以下因素：

1.声源的几何衰减：声源向周围的空间发散性传播，在传播的过程中会随着距离的增加而引起的衰减叫做几何发散衰减，这种衰减与噪声的固有的频率无关；

2.大气的吸收衰减：声波在空气中传播时，由于空气的热传导和粘滞性，对声波进行压缩和膨胀，使得一部分声能转化为热能而损耗，称之为大气吸收。由于大气吸收声波而引起的声源衰减与声波频率、大气温度、湿度有关；

3.地面效应引起的衰减：声波在传播过程中由于云、雾、温度引起的声能量的衰减以及地面反射和吸收，或者是近地面的气象条件等因素所引起的衰减统称为附加衰减。但实际情况下，一般不考虑云、雾、风以及温度所引起的衰减；

4.加障碍物引起的衰减：位于声源和接收点之间的实体障碍物，如围墙、建筑物、密集植物丛等都起着声屏障的作用。声屏障的存在使得声波不能直接的到达接收点，从而引起声能量的衰减；

5.其他衰减：除了上述主要的衰减作用之外，以下衰减的贡献不可能用计算衰减的一般方法得到，这些贡献包括：通过树叶的传播衰减、通过工业场所的传播衰减、通过房屋群区的传播衰减。

目前，在运用声屏障进行噪声控制时，急需一种噪声控制优化分析方法，能够综合考虑以上衰减因素，为变电站噪声治理工程提供更快捷有效的设计参考。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种变电站噪声控制优化分析方法，能够准确考虑噪声传播的几何发散，传播途径中大气、地面、建筑物、绿化带等对噪声衰减的影响，以此来准确预测变电站及其周边空间中任意点的噪声大小，为变电站噪声治理工程提供更快捷有效的设计参考，确保变电站在设计之初就能够将噪声控制到一个对环境影响最小的程度，同时在变电站噪声治理中获取最优的声屏障设计方案，提高噪声控制效果，更好地满足环保要求，降低工程造价，避免噪声控制过程中的盲目性；本发明的目的之二是提供一种变电站噪声控制优化分析系统。

本发明的目的之一是通过以下方案实现的：

该变电站噪声控制优化分析方法，包括以下步骤：

1）收集基础数据：变电站及其周边所属环境空间位置数据，以及噪声源的声音特征数据；

变电站及其周边所属环境空间位置数据：至少包括变电站内建筑物、围墙、变压器、开关场、隔声屏障、绿化带和变电站周围敏感点的空间位置和几何尺寸相关数据；

噪声源的声音特征数据：至少包括变电站内所有噪声源的倍频带声功率级、声压级以及噪声源的实际录音音频数据，背景噪声声压级数据；

2）构建物理模型：导入变电站及其周边所属环境的实际场景：控制室、开关室等建筑物，变压器等噪声源设备，开关场等其他电器设备，四周围墙以及围墙外敏感点的空间位置坐标，噪声源特征数据等基础数据，建立各自具体的物理模型；

3）噪声值计算：将噪声源视作点声源，计算几何发散、大气吸收、地面效应、障碍物、树木引起的衰减，再将噪声源声功率级减去以上各项衰减值，结合背景噪声值大小，得到某一接收点的噪声值大小；计算空间中某一区域的声压级的大小，需要将这一区域划分成若干份小区域，取每一个小区域的中点作为接收点，利用上述方法计算该接收点的声压级，并用此声压级表示这个区域内所有接收点的声压级大小，划分的小区域越细，计算结果越准确；

4）校正计算：选取适当的点位作为校验点，采用一特定频率衰减进行校验或采取接受点衰减值与背景值合成进行校验计算的方法，并计算绝对误差和相对误差；判断声压级误差是否达到设定的要求限值，如果判断结果为“否”，则重复步骤3）和步骤4），直至计算结果满足设定的误差限，进入下一步骤；

5）利用仿真建模计算，实现变电站噪声源、建筑物等布局的优化分析以及声屏障大小、高低、位置等的优化分析，并形成多个设计方案；

6）通过计算分析，给出变电站噪声控制优化方案及结果报告。

进一步，在步骤5）中，还包括设置多个敏感点，所述敏感点是指在优化计算过程中用于监测其噪声值变化趋势的坐标点，并通过辅助计算得到设计方案在这些敏感点的噪声大小以及噪声控制成本；在步骤6）中，根据上述设计方案在敏感点的表现，实现最佳控制优化方案的判断；

进一步，所述步骤5）中还包括通过3D虚拟漫游形象演示变电站噪声控制状况分析；

进一步，所述步骤5）中，还包括通过以下方式实现优化分析：

a.以3D虚拟漫游的方式直观显示空间噪声值分布；

b.以3D形式输出等值曲面，直观显示变电站发出噪声对周围环境的影响；

c.以等值线和颜色渐变的方式输出任意平面区域噪声数据，直观显示平面上的噪声分布；

d.以表格和WORD的形式输出详细的预测报告和场景信息，并输出任意直线上的噪声衰减曲线，预测衰减趋势。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该变电站噪声控制优化分析系统，包括基础数据管理模块、场景建模模块、数据处理模块、预测报告输出模块和优化计算模块；其中，

基础数据管理模块，用于对声源/声屏障数据库进行管理，包括声源/声屏障数据库的建立、基础数据的导入以及对基础数据进行删除和修改维护；

场景建模模块，用于可导致声源衰减的元素在场景中的平面建模，并可对场景属性和场景中元素属性进行设置；

数据处理模块，在给定的温度和湿度下，读取场景信息，对场景的噪声分布进行计算，并将场景数据和噪声分布数据传递给预测报告输出模块和优化计算模块。

预测报告输出模块，根据场景数据和噪声分布数据，输出噪音控制的预测结果；

优化计算模块，能够针对多个噪声源、多个敏感点实施声屏障多方案优化比选，快速获取噪声治理的最优案。

进一步，所述预测报告输出模块输出的预测结果包括：

a.以3D虚拟漫游的方式直观感受空间噪声值分布；

b.以3D的形式输出等值曲面，直观感受变电站对周围环境的影响；

c.以等值线和颜色渐变的方式输出任意平面区域噪声数据，直观感受平面上的噪声分布；

d. 以图形曲线形式输出任意直线上的噪声衰减曲线，找出衰减趋势;

e.以表格和WORD的形式输出详细的预测报告和场景信息。

本发明的有益效果是：

1．本发明的方法系统考虑了噪声传播的几何发散，传播途径中大气、地面、建筑物、绿化带等对噪声衰减的影响，以此来准确预测变电站及其周边空间中任意点的噪声大小，为变电站噪声治理工程提供更快捷有效的设计参考，更好地满足环保要求，降低工程造价，避免噪声控制过程中的盲目性；

2.有利于运行变电站噪声治理中声屏障优化设计，快速获取噪声治理优化方案，达到节约工程成本，提高噪声控制效果的目的；

3.通过变电站实时场景3D虚拟漫游功能，形象演示变电站噪声分布状况，能够有效辅助变电站环境噪声的监测功能，预测日常监测很难布点测试的位置（如：空间高度较高的楼房的任意楼层），节省监测的人力物力和提高工作效率；

4.通过该发明的运用，有利于提高环境质量，不仅促进电力企业健康、高效发展，而且也有利于促进社会的和谐与稳定。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的系统模块组成示意图；

图2为本发明的系统工作流程图；

图3为本发明的数据处理流向示意图；

图4为本发明的方法流程示意图；

图5为本发明的噪声计算流程示意图；

图6为噪声计算流程中的优化计算示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的变电站噪声控制优化分析系统包括基础数据管理模块1、场景建模模块2、数据处理模块3、预测报告输出模块4和优化计算模块5；其中，

1）基础数据管理模块，用于对声源/声屏障数据库进行管理，包括声源/声屏障数据库的建立、基础数据的导入以及对基础数据进行删除和修改维护；本实施例中，所述基础数据包括构筑物位置数据、噪声源位置数据以及声压级数据；而构筑物位置数据至少包括变电站平面几何尺寸、建筑物、围墙、隔声屏障、绿化带和开关场的平面和空间位置相关数据；噪声源位置数据至少包括变压器声源的平面和空间位置相关数据；声压级数据至少包括声源倍频带声压级、背景声压级的基础数据；

2）场景建模模块：用于可导致声源衰减的元素在场景中的平面建模，并可对场景属性和场景中元素属性进行设置；

3）数据处理模块：在给定的温度和湿度下，读取场景信息，对场景的噪声分布进行计算，并将场景数据和噪声分布数据传递给预测报告输出模块和优化计算模块。

4）预测报告输出模块：根据场景数据和噪声分布数据，输出噪音控制的预测结果，所述预测结果包括：

a.以3D虚拟漫游的方式直观显示空间噪声值分布；

b.以3D的形式输出等值曲面，直观显示变电站发出噪声对周围环境的影响；

c.以等值线和颜色渐变的方式输出任意平面区域噪声数据，直观显示平面上的噪声分布；

d. 以图形曲线形式输出任意直线上的噪声衰减曲线，找出衰减趋势;

e.以表格和WORD的形式输出详细的预测报告和场景信息。

5）优化计算模块：能够针对多个噪声源、多个敏感点实施声屏障的多个进行方案优化比选，获取噪声治理的最优方案。

如图2所示，基础数据管理模块完成声屏障和声源信息的管理，生成声屏障和声源信息数据库。

场景建模模块完成图形建模和场景及各个元素的属性设置，其中，在设置声屏障和声源属性时，可以直接从声屏障和声源信息数据库读取数据。

数据处理模块完成噪声计算、平面网格数据计算、空间网格数据计算和等值面数据计算，其中噪声计算是整个计算的核心，负责计算特定场景下某个声源某个倍频带对某个接收点的噪声影响，并将多声源多倍频带的计算结果进行合成得到某个接收点的最终噪声值；平面网格数据计算按照用户指定的平面和网格大小计算出该平面的噪声分布数据；空间网格数据计算按照用户指定的空间网格计算区域和网格划分方式计算出空间噪声分布数据；等值曲面数据计算按照用户给定的噪声值计算出该噪声值在空间的分布状态。

预测报告输出模块包括噪声衰减曲线、文档报告、等值线、3D虚拟漫游和等值曲面输出，噪声衰减曲线能够计算出指定直线上的噪声分布并生成噪声分布曲线图；文档报告可输出WORD2003/2007格式的计算报告；等值线能够根据平面网格数据生成该平面上的全局和局部等值线并以颜色等多种方式展现，通过结合国家标准设置噪声控制中颜色的变化，有利于变电站噪声敏感点噪声环境的评价；3D虚拟漫游根据空间网格数据和场景信息以视频、动画和声音的方式展示场景噪声分布；等值曲面根据等值曲面数据生成某一噪声值的空间分布图。

优化计算包括屏障高度/成本优化和多方案比选优化计算，屏障高度/成本优化能够辅助设计人员在权衡降噪性和成本的基础上选择最合适的屏障高度；方案比选能够对多个方案进行降噪性和成本的比较，辅助设计人员选择最优方案。

如图3所示，各模块之间的数据传输关系如下：基础数据管理模块为场景建模提供声屏障和声源数据，数据处理模块从图形模型中读取场景及其中各元素的信息并进行数据处理，将处理好的数据按照预测报告输出模块的要求，输出至预测报告输出模块；而优化计算模块在进行优化计算时会调用数据处理模块进行数据计算，并将计算结果反馈给优化计算模块进行数据分析，获取噪声治理的最优方案。

如图4所示，本发明的变电站噪声控制优化分析方法，包括以下步骤：

1）收集基础数据：所述基础数据包括变电站及其周边所属环境的建筑物、围墙、变压器、开关场等变电设施、绿化带、周围敏感点等的空间位置和几何尺寸数据，以及噪声源的声音特征数据等；

变电站及其周边所属环境空间位置数据：包括变电站内建筑物、围墙、变压器、开关场、隔声屏障、绿化带和变电站周围敏感点的空间位置和几何尺寸相关数据等；

噪声源的声音特征数据：包括变电站内所有噪声源的倍频带声功率级、声压级以及噪声源的实际录音音频数据，背景噪声声压级等相关数据等；

2）构建物理模型：导入变电站及其周边所属环境的实际场景：控制室、开关室等建筑物，变压器等噪声源设备，开关场等其他电器设备，四周围墙以及围墙外敏感点的空间位置坐标，噪声源特征数据等基础数据，建立各自具体的物理模型；

3）接收点噪声值计算：包括单接收点噪声值计算和区域噪声值计算；

单接收点噪声值计算是将噪声源视作点声源，计算几何发散、大气吸收、地面效应、障碍物、树木引起的衰减，再将噪声源声功率级减去以上各项衰减值，结合某一接收点的背景噪声值大小，得到在某一接收点的噪声值大小；

区域噪声值计算是将待计算的区域平面划分成多个小区域，取每一个小区域的中点作为接收点，利用单接收点噪声值计算方法计算该接收点的声压级，并用此声压级表示这个区域内所有接收点的声压级大小；

4）校正计算：选取适当的接收点点位作为校验点，采用一特定频率衰减进行校验或采取接受点衰减值与背景值合成进行校验计算的方法，并计算绝对误差和相对误差；判断声压级误差是否达到设定的要求限值，如果判断结果为“否”，则重复步骤3）和步骤4），直至计算结果满足设定的误差限，进入下一步骤；

5）优化分析：利用仿真建模计算，实现变电站噪声源、建筑物等布局的优化分析；以及声屏障大小、高低、位置等的优化分析；并形成多个方案，还包括通过3D虚拟漫游形象演示变电站噪声控制状况分析；

6）方案选择：通过计算分析，给出变电站噪声控制优化方案及结果报告。

在步骤5）中，还包括设置多个敏感点，所述敏感点是指在优化计算过程中用于监测其噪声值变化趋势的坐标点，并通过辅助计算得到设计方案在这些敏感点的噪声大小以及噪声控制成本；在步骤6）中，根据上述设计方案在敏感点的表现，实现最佳控制优化方案的判断。

如图5所示，在步骤3）中，噪声值的计算步骤如下：

3.1）获取接收点背景噪声及坐标；

3.2）选取一个未计算衰减声源；

3.3）选取一个未计算倍频带；

3.4）计算倍频带几何衰减；

3.5）计算倍频带大气吸收衰减；

3.6）计算倍频带地面衰减；

3.7）判断接收点与声源之间是否存在障碍物，如果有，进入步骤3.8）；如果无，进入步骤3.9）；

3.8）计算倍频带障碍物衰减；

3.9）计算该倍频带的衰减合成；

3.10）判断倍频带是否计算完成，如果完成，进入步骤3.11）；如果未完成，进入步骤3.3）；

3.11）合成背景噪声，得到该接受点的最终声压级。

3.12）判断所有噪声源是否计算完成，如果完成，进入步骤3.13）；如果未完成，进入步骤3.2）；

3.13）合成该接受点的最终声压级。

本实施例中，如图6所示，在步骤5）的优化分析中，各模块的作用如下：

优化方式：包括将选定屏障优化到指定高度和将选定屏障在现有基础上加高两种方式；

场景信息：即场景建模的信息；

敏感点坐标：在优化计算过程中用于监测其噪声值变化趋势的坐标点，本实施例中，一次最多设置5个空间点；

输出：各个敏感点噪声值随屏障高度变化时其噪声变化趋势曲线，同时给出屏障成本，以便辅助设计人员在综合考虑成本和噪声控制效果的基础上选择最合适的屏障高度。

总体来说，优化分析分为三部分，一部分是人工优化，指的是根据计算结果（敏感点噪声数据，等值曲线、等值曲面及3D漫游表示的场景噪声分布）人为调整方案（也就是场景布局），从而根据软件的辅助和使用者的智慧人为得到较优的噪声控制方案；第二部分是进行多个方案的比选；第三部分是计算机辅助优化屏障高度和成本。

本发明的系统与国外同类分析系统相比，在变电站噪声控制仿真分析方面具有明显的优势，填补了国内空白，在功能上主要具有如下创新性：

1.在场景建模和三维场景漫游等方面以图形、图像、声音等多媒体形式展示与输出，更直观、更真实；

2.实现了点、线、面及空间等形式对变电站及周边复杂环境进行全方位的噪声分析方法；

3.实现了屏障高度优化计算和多方案比选功能，能够快速获取最优噪声控制方案。

本系统采用全中文界面，具有建模快速、计算准确、操作简洁等特点，能广泛应用于变电站的规划、设计与噪声治理。其推出不仅节约了购买进口系统的高额费用，而且能够创造较大的商业价值，为电力行业噪声控制节约大量的搬迁、治理等费用，减少了周围群众的不满与投诉，促进社会和谐与稳定，具有良好的社会效益。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.变电站噪声控制优化分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）收集基础数据：所述基础数据包括变电站及其周边所属环境空间位置数据，以及噪声源的声音特征数据；

变电站及其周边所属环境空间位置数据：包括变电站内建筑物、围墙、变压器、开关场、隔声屏障、绿化带和变电站周围敏感点的空间位置和几何尺寸相关数据；

噪声源的声音特征数据：包括变电站内所有噪声源的倍频带声功率级、声压级以及噪声源的实际录音音频数据、背景噪声声压级数据；

2）构建物理模型：导入变电站及其周边所属环境的实际场景：包括建筑物、噪声源设备，以及开关场内的其它电器设备，四周围墙以及围墙外敏感点的空间位置坐标，噪声源的声音特征数据，建立各自具体的物理模型；

3）接收点噪声值计算：包括单接收点噪声值计算和区域噪声值计算；

单接收点噪声值计算是将噪声源视作点声源，计算几何发散、大气吸收、地面效应、障碍物、树木引起的衰减，再将噪声源声功率级减去以上各项衰减值，结合某一接收点的背景噪声值大小，得到在某一接收点的噪声值大小；

区域噪声值计算是将待计算的区域平面划分成多个小区域，取每一个小区域的中点作为接收点，利用单接收点噪声值计算方法计算该接收点的声压级，并用此声压级表示这个区域内所有接收点的声压级大小；

4）校正计算：选取适当的接收点点位作为校验点，采用一特定频率衰减进行校验或采取接受点衰减值与背景值合成进行校验计算的方法，并计算绝对误差和相对误差；判断声压级误差是否达到设定的要求限值，如果判断结果为“否”，则重复步骤3）和步骤4），直至计算结果满足设定的误差限，进入下一步骤；

5）优化分析：利用仿真建模计算，实现变电站噪声源、建筑物等布局的优化分析；以及声屏障大小、高低、位置等的优化分析；并形成多个设计方案；

6）方案选择：通过计算分析，给出变电站噪声控制优化方案及结果报告。

2.如权利要求1所述的变电站噪声控制优化分析方法，其特征在于：在步骤5）中，还包括设置多个敏感点，所述敏感点是指在优化计算过程中用于监测其噪声值变化趋势的坐标点，通过软件得到设计方案在这些敏感点的噪声大小以及噪声控制成本；在步骤6）中，根据上述设计方案在敏感点的表现，实现最佳控制优化方案的判断。

3.如权利要求1或2所述的变电站噪声控制优化分析方法，其特征在于：其中，所述步骤5）中还包括通过3D虚拟漫游形象演示变电站噪声控制状况分析。

4.如权利要求3所述的变电站噪声控制优化分析方法，其特征在于：所述步骤5）中，还包括通过以下方式实现优化分析：

a.以3D虚拟漫游的方式直观显示空间噪声值分布；

b.以3D形式输出等值曲面，直观显示变电站发出噪声对周围环境的影响；

c.以等值线和颜色渐变的方式输出任意平面区域噪声数据，直观显示平面上的噪声分布；

d.以表格和WORD的形式输出详细的预测报告和场景信息，并输出任意直线上的噪声衰减曲线，预测衰减趋势。

5.变电站噪声控制优化分析系统，其特征在于：所述系统包括基础数据管理模块、场景建模模块、数据处理模块、预测报告输出模块和优化计算模块；其中，

基础数据管理模块，用于对声源/声屏障数据库进行管理，包括声源/声屏障数据库的建立、基础数据的导入以及对基础数据进行删除和修改维护；

场景建模模块，用于可导致声源衰减的元素在场景中的平面建模，并可对场景属性和场景中元素属性进行设置；

数据处理模块，在给定的温度和湿度下，读取场景信息，对场景的噪声分布进行计算，并将场景数据和噪声分布数据传递给预测报告输出模块和优化计算模块；

预测报告输出模块，根据场景数据和噪声分布数据，输出噪音控制的预测结果；

优化计算模块，能够针对多个噪声源、多个敏感点实施声屏障多方案优化比选，快速获取噪声治理的最优方案。

6.如权利要求5所述的变电站噪声控制优化分析系统，其特征在于：所述预测报告输出模块输出的预测结果包括：

a.以3D虚拟漫游的方式直观显示空间噪声值分布；

b.以3D的形式输出等值曲面，直观显示变电站发出噪声对周围环境的影响；

c.以等值线和颜色渐变的方式输出任意平面区域噪声数据，直观显示平面上的噪声分布；

d. 以图形曲线形式输出任意直线上的噪声衰减曲线，找出衰减趋势;

e.以表格和WORD的形式输出详细的预测报告和场景信息。

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