CN107860469B - 一种基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,包括确定变电站实际布局结构的相关信息,并根据相关信息构建变电站三维噪声仿真模型;针对主变压器进行噪声源的设定,仿真计算出变电站厂界噪声分布;依靠变电站厂界实际测量噪声数据以及仿真计算结果数据进行正交多项式拟合,建立仿真噪声‑测量噪声最小二乘多项式,逐次增加拟合多项式的次数,找出效果最佳的拟合多项式;将仿真计算结果数据代入拟合多项式中得到噪声预测值,从而实现对变电站厂界噪声的准确预测。该方法相比于传统多项式项数灵活可调,计算效率更高,更易于寻找最佳多项式次数,结果预测的准确性和有效性更好。
Description
技术领域
本发明属于测量领域,尤其涉及一种基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法。
背景技术
随着电网的发展和城镇区域的扩大,新建的变电站周围出现居民住宅等噪声敏感建筑物的现象有增加的趋势,变电站噪声影响愈来愈受到公众关注。
变电站的噪声源包括主变压器、接地变压器、电容器、母线、线闸、开关闸等声源设备。其中,主变压器是变电站最主要的噪声源,是由于铁芯的磁致伸缩引起的振动和绕组线圈的振动产生的,其噪声水平与用电负荷成正相关关联。所以,目前对变电站噪声的研究主要集中在变压器噪声产生机理以及变电站降噪措施上,例如祝丽花、杨庆新等用能量变分原理建立了变压器铁芯的强磁机耦合模型,并基于该模型对变压器铁芯的辐射噪音进行了分析预估变压器辐射噪音提供了方法;谭闻、张小武归纳了对变压器噪音研究方法,预估变压器噪音可以从实验测量或建立辐射声场模型方面进行分析;S.L.Foster.E与Reiplinger等人探讨了硅钢片的磁致伸缩特性对电力变压器噪声频谱的影响。
然而,目前所研究的变电站噪声预测方法大多从噪声产生原理出发,在实现上过于复杂,且与实测值存在较大误差,这是由于在实际测量中环境背景噪声较大,而这种随机的背景噪声在仿真计算中难以考虑,导致预测结果不理想。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种灵活可调,计算效率更高,更易于寻找最佳多项式次数,结果预测的准确性和有效性更好的基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法。本发明的技术方案如下:
一种基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,其包括以下步骤:
a、获取变电站实际布局结构的相关信息,并根据相关信息构建变电站三维噪声仿真模型;
b、采用仿真软件将实际测量的主变压器周围的噪声值作为噪声源设定在仿真模型主变上,并设置好对应的求解方程以及边界条件,仿真计算出变电站厂界噪声分布;
c、根据变电站厂界噪声实际测量噪声数据以及步骤b的仿真计算结果数据进行正交多项式拟合,建立仿真噪声-测量噪声最小二乘多项式,逐次增加拟合多项式的次数,找出效果最佳的拟合多项式。
d、将仿真计算结果数据代入拟合多项式中得到噪声预测值,从而实现对变电站厂界噪声的准确预测。
进一步的,所述步骤a中的变电站实际布局结构的相关信息包括变电站围墙布局及围墙高度、站内主变压器位置及主变尺寸大小、站内房屋建筑结构及位置。
进一步的,所述步骤b采用的仿真软件是基于Cadna/A的噪声仿真软件。
进一步的,所述步骤c进行正交多项式拟合,建立仿真噪声-测量噪声最小二乘多项式具体包括步骤::首先确定线性无关多项式序列1,x,x2,…,xk,…,其次利用Gram-Schmidt正交化方法构造正交多项式序列;
其中Pk(x)是首项系数为1的k次多项式,k表示多项式最高次数,xi表示仿真噪声,P0(x)=1,αjk表示用Pj(x)(j=0,1,…k)来组成Pk(x)时的各项系数,m表示正交多项式序列的最高次数。
在逐步计算出正交多项式序列Pk(x)之后,确定多项式拟合次数并求解法方程系数矩阵,由于正交多项式法方程系数矩阵为对角阵,即计算出相应的系数
其中fi表示实测噪声,最后可得到拟合曲线
在计算出相应的Pk及之后,通过对比各次数多项式的平方误差,即可得到拟合效果最好的多项式。
进一步的,所述步骤c中的逐次增加拟合多项式的次数,找出效果最佳的拟合多项式具体为:依次增大多项式序列的次数,分别求得对应拟合多项式的平方误差,得到拟合效果最佳的多项式,多项式最高次数由噪声测点数决定;
在逐步计算出正交多项式序列Pk(x)之后,确定多项式拟合次数并求解法方程系数矩阵,由于正交多项式法方程系数矩阵为对角阵,即计算出相应的系数
其中fi表示实测噪声,最后可得到拟合曲线
在计算出相应的Pk及之后,通过对比各次数多项式的平方误差,即可得到拟合效果最好的多项式。
本发明的优点及有益效果如下:
本发明通过结合仿真计算以及正交多项式拟合的方法实现变电站噪声的预测,该方法可以动态根据噪声测量点数确定仿真噪声-测量噪声多项式拟合关系,在增加极少计算量的情况下更灵活的增大多项式序列的次数,找到拟合效果最佳的多项式,这种预测方法相比传统方法计算效率更高,结果预测的准确性和有效性更好。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法流程图;
图2为某500kV变电站厂界仿真噪声分布云图;
图3为本发明建立仿真噪声-测量噪声多项式拟合关系计算流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是:
如图1所示,为本发明实施例一种基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法流程图:
步骤1、确定变电站实际布局结构的相关信息,并根据相关信息构建变电站三维噪声仿真模型;
具体过程为,确定变电站实际布局结构的相关信息,包括变电站围墙布局及围墙高度、站内主变压器位置及主变尺寸大小、站内房屋建筑结构及位置。
步骤2、针对主变压器进行噪声源的设定,仿真计算出变电站厂界噪声分布;
具体过程为,基于Cadna/A噪声仿真软件将实际测量的主变压器周围的噪声值作为噪声源设定在仿真模型主变上,并设置好对应的求解方程以及边界条件。
步骤3、依靠变电站厂界噪声实际测量噪声数据以及仿真计算结果数据进行正交多项式拟合,建立仿真噪声-测量噪声最小二乘多项式,逐次增加拟合多项式的次数,找出效果最佳的拟合多项式;
具体过程为,根据变电站实际测量噪声的测点位置取出图2中对应位置噪声数据,建立同一位置仿真噪声与实测噪声对应关系。
进一步地,图3为建立仿真噪声-测量噪声多项式拟合关系计算流程图,首先确定线性无关多项式序列1,x,x2,…,xk,…,其次利用Gram-Schmidt正交化方法构造正交多项式序列。
其中Pk(x)是首项系数为1的k次多项式,xi表示仿真噪声,P0(x)=1,
在逐步计算出正交多项式序列Pk(x)之后,确定多项式拟合次数并求解法方程系数矩阵,由于正交多项式法方程系数矩阵为对角阵,即计算出相应的系数
其中fi表示实测噪声,最后可得到拟合曲线
在计算出相应的Pk及之后,通过对比各次数多项式的平方误差,即可得到拟合效果最好的多项式。
步骤4、将仿真计算结果数据代入拟合多项式中得到噪声预测值,从而实现对变电站厂界噪声的准确预测。
具体过程为,若要预测变电站内某个位置的噪声大小,可取出仿真分布云图中对应该位置的仿真噪声值代入多项式中作为自变量,算出的因变量的大小即为该处噪声预测值。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
在本发明实施例中,通过结合仿真计算以及正交多项式拟合的方法实现变电站噪声的预测,该方法可以动态根据噪声测量点数确定仿真噪声-测量噪声多项式拟合关系,在增加极少计算量的情况下更灵活的增大多项式序列的次数,找到拟合效果最佳的多项式,这种预测方法相比传统方法计算效率更高,结果预测的准确性和有效性更好。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (5)
1.一种基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、获取变电站实际布局结构的相关信息,并根据相关信息构建变电站三维噪声仿真模型;
b、采用仿真软件将实际测量的主变压器周围的噪声值作为噪声源设定在仿真模型主变上,并设置好对应的求解方程以及边界条件,仿真计算出变电站厂界噪声分布;
c、根据变电站厂界噪声实际测量噪声数据以及步骤b的仿真计算结果数据进行正交多项式拟合,建立仿真噪声-测量噪声最小二乘多项式,逐次增加拟合多项式的次数,找出效果最佳的拟合多项式;所述步骤c中的逐次增加拟合多项式的次数,找出效果最佳的拟合多项式具体为:依次增大多项式序列的次数,分别求得对应拟合多项式的平方误差,得到拟合效果最佳的多项式,多项式最高次数由噪声测点数决定;
d、将仿真计算结果数据代入拟合多项式中得到噪声预测值,从而实现对变电站厂界噪声的准确预测。
2.根据权利要求1所述的基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,其特征在于,所述步骤a中的变电站实际布局结构的相关信息包括变电站围墙布局及围墙高度、站内主变压器位置及主变尺寸大小、站内房屋建筑结构及位置。
3.根据权利要求1所述的基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,其特征在于,所述步骤b采用的仿真软件是基于Cadna/A的噪声仿真软件。
4.根据权利要求1所述的基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,其特征在于,所述步骤c进行正交多项式拟合,建立仿真噪声-测量噪声最小二乘多项式具体包括步骤:首先确定线性无关多项式序列1,x,x2,…,xk,…,其次利用Gram-Schmidt正交化方法构造正交多项式序列;
其中Pk(x)是首项系数为1的k次多项式,k表示多项式最高次数,xi表示仿真噪声,P0(x)=1,αjk表示用Pj(x)(j=0,1,…k)来组成Pk(x)时的各项系数,m表示正交多项式序列的最高次数;
在逐步计算出正交多项式序列Pk(x)之后,确定多项式拟合次数并求解法方程系数矩阵,由于正交多项式法方程系数矩阵为对角阵,即计算出相应的系数
其中fi表示实测噪声,最后可得到拟合曲线
在计算出相应的Pk及之后,通过对比各次数多项式的平方误差,即可得到拟合效果最好的多项式。
5.根据权利要求1所述的基于正交多项式拟合的变电站噪声预测方法,其特征在于,所述步骤c中依次增大多项式序列的次数,分别求得对应拟合多项式的平方误差,得到拟合效果最佳的多项式,多项式最高次数由噪声测点数决定,具体包括:
在逐步计算出正交多项式序列Pk(x)之后,确定多项式拟合次数并求解法方程系数矩阵,由于正交多项式法方程系数矩阵为对角阵,即计算出相应的系数
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在计算出相应的Pk及之后,通过对比各次数多项式的平方误差,即可得到拟合效果最好的多项式。
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