CN104375014B - 一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法，包括如下步骤：1)根据电容器加载电压u、加载电流i计算电容器电压平方的频谱SU；2)根据电容器电压平方频谱SU分别计算各次单频加载电压U(f)，其中f为加载电压的频率；3)依次将不同频率f的单频加载电压U(f)加载在电容器上，同时在消声室内测量电容器辐射声功率级L_WAf；4)将所有单频加载下辐射声功率级L_WAf转换为声功率，然后进行数量相加获得整体加载时的辐射声功率，进而得到预测的整体A计权声辐射功率级L_WA。利用本发明提供的方法可以实现无限多次谐波下的电容器噪声试验，而且本发明能够利用单频输出的变频电源对电容器在谐波下的噪声进行准确预估的方法。

Description

一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法

技术领域

本发明属于高压电力设备噪声试验技术领域，特别涉及一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法。

背景技术

虽然电网公司对交流滤波电容器装置的噪声限值做了明确规定，并要求厂家在招投标中提供噪声计算报告及试验报告，但是对电容器装置的噪声计算方法及试验方法并没有提出明确的要求。电容器噪声水平的准确预估对于工程中低噪声电容器的选择，降噪措施的优化设计具有重要意义。噪声试验是最直接的预估电容器噪声水平的方法。通过试验给电容器加载与运行工况相同的激励，然后测量其辐射噪声的试验方法能直接地反映电容器的现场噪声性能。但是这种噪声试验的加载方式要求电源能同时输出多频率电压，并具有足够容量和输出无功的能力。目前制造这种电源还很困难且代价较高，在多频率下的无功补偿也很难实现。

目前工程中主要通过特殊电路设计尽可能地实现多频加载。合肥工业大学的李志远等人申请了利用桥式回路加载两种频率或者多种频率电源的方法。桥式回路虽然能够将工频与谐波电源完全隔离，但是在谐波侧仍然不能实现全部谐波分量的加载，因此试验结果无法反映实际情况。中国电力科学院的倪学锋等人提出多个电源加阻波器的加载方式，这种方式理论上可以无限增加谐波次数，但是在每个电源处都要使用多个频率的阻波器，试验成本很高以至于工程上难以推行。

发明内容

本发明的目的在于解决电力电容器的多频噪声性能试验问题，提供了一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法，该方法简便易行，对试验设备要求较低，试验精确度能够满足工程需求。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法，包括如下步骤：

1)根据电容器加载电压u、加载电流i计算电容器电压平方频谱SU；

2)根据电容器电压平方频谱SU分别计算各次单频加载电压U(f)，其中f为加载电压的频率；

3)依次将不同频率f的单频加载电压U(f)加载在电容器上，同时在消声室内测量电容器辐射声功率级L_WAf；

4)将所有单频加载下辐射声功率级L_WAf转换为声功率，然后进行数量相加获得整体加载时的辐射声功率，进而得到预测的整体A计权声辐射功率级L_WA，其计算公式如下：

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体操作为：

给定加载电流下的电容器噪声，加载电流其中k为谐波次数，I_k为k次谐波电流的幅值，ω_k为k次谐波对应的角频率，φ_k为k次谐波电流的初相位；

首先利用电容器电流在时域上的积分求得任意时刻t时的电容器电压u(t)，其计算公式如下：

其中，C为电容器电容量，u₀为参考时刻t＝0时的电容器电压；

然后在时域求电容器电压的平方，利用傅里叶变换获得电压平方频谱SU，其计算公式如下：

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，需要加载的频率为f的单频加载电压U(f)等于电压平方频谱中2f对应分量的平方根，其计算公式如下：

现有技术中，多频激励的分解并不是将多频电压直接分解为单频电压，而是将多频电压的平方进行分解。分解时，先由已知的电容器噪声预估时给定的电压频谱，求得多频的电压平方频谱。再将多频的电压平方分解为单频电压平方的叠加，最后由单频的电压平方得到单频的电压。各次激励电压的计算公式为：

式中：为分解得到的频率为的电压幅值；为频率为f处的电压平方频谱。

本发明依次给电容器施加分解得到的单频电压，测量电容器辐射声功率级，记为L_WAf。最后将各分解单频下测得的辐射声功率级进行叠加得到多频率合成时总的A计权辐射声功率级：本发明提出的单频叠加试验方法通过分解多频激励降低了电容器噪声试验的加载难度。利用本发明提供的方法可以实现无限多次谐波下的电容器噪声试验，而且本发明能够利用单频输出的变频电源对电容器在谐波下的噪声进行准确预估的方法。

附图说明

图1为本发明单频叠加法噪声试验流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进行进一步详细说明。

参见图1，一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法，包括如下步骤：

1)根据电容器加载电压u、加载电流i计算电容器电压平方频谱SU；其具体操作为：

给定加载电流下的电容器噪声，加载电流其中k为谐波次数，I_k为k次谐波电流的幅值，ω_k为k次谐波对应的角频率，φ_k为k次谐波电流的初相位；

首先利用电容器电流在时域上的积分求得任意时刻t时的电容器电压u(t)，其计算公式如下：

其中，C为电容器电容量，u₀为参考时刻t＝0时的电容器电压；

然后在时域求电容器电压的平方，利用傅里叶变换获得电压平方频谱SU，其计算公式如下：

2)根据电容器电压平方频谱SU分别计算各次单频加载电压U(f)，其中f为加载电压的频率；其中，需要加载的频率为f的单频加载电压U(f)等于电压平方频谱中2f对应分量的平方根，其计算公式如下：

3)依次将不同频率f的单频加载电压U(f)加载在电容器上，同时在消声室内测量电容器辐射声功率级L_WAf；

4)将所有单频加载下辐射声功率级L_WAf转换为声功率，然后进行数量相加获得整体加载时的辐射声功率，进而得到预测的整体A计权声辐射功率级L_WA，其计算公式如下：

实施例：

假设需要对以下三种谐波加载下的电容器辐射噪声进行试验。

表1：参考试验结果

单频叠加试验的实施流程如图1所示。试验时，首先根据加载电压的要求计算电压平方的频谱，然后根据分解的单频电压平方计算单频加载电压，依次将单频电压施加在电容器上，同时在消声室内测量电容器辐射声功率，最后将各单频加载下辐射声功率按公式(4)进行叠加，从而获得所需的多频加载下的电容器辐射声功率。

表2：单频叠加与直接多频加载试验结果比较

从表2中数据可见，使用单频叠加方式进行电容器噪声试验，结果误差在3-4dB，精确度较高。

Claims (2)

1.一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据电容器加载电压u、加载电流i计算电容器电压平方频谱SU；

2)根据电容器电压平方频谱SU分别计算各次单频加载电压U(f)，其中f为加载电压的频率；需要加载的频率为f的单频加载电压U(f)等于电压平方频谱中2f对应分量的平方根，其计算公式如下：

$U\left(f\right)=\sqrt{SU\left(4\mathrm{\π}f\right)}---\left(3\right)$

3)依次将不同频率f的单频加载电压U(f)加载在电容器上，同时在消声室内测量电容器辐射声功率级L_WAf；

4)将所有单频加载下辐射声功率级L_WAf转换为声功率，然后进行数量相加获得整体加载时的辐射声功率，进而得到预测的整体A计权声辐射功率级L_WA，其计算公式如下：

$L_{WA}=10log\left(\underset{f}{\Σ}{10}^{\frac{L_{WAf}}{10}}\right)---\left(4\right).$

2.根据权利要求1所述的一种用于电力电容器噪声试验的单频叠加方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：

给定加载电流下的电容器噪声，加载电流其中k为谐波次数，I_k为k次谐波电流的幅值，ω_k为k次谐波对应的角频率，φ_k为k次谐波电流的初相位；

首先利用电容器电流在时域上的积分求得任意时刻t时的电容器电压u(t)，其计算公式如下：

$u\left(t\right)=\frac{1}{C}{\∫}_{\mathrm{\τ}=0}^{t}i\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}+u_0---\left(1\right)$

其中，C为电容器电容量，u₀为参考时刻t＝0时的电容器电压；

然后在时域求电容器电压的平方，利用傅里叶变换获得电压平方频谱SU，其计算公式如下：

$SU\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{u}^2\left(t\right)e^{-i\mathrm{\ω}t}dt\right|---\left(2\right).$