CN111753405A - 一种变电站声源设备源强求解方法及系统 - Google Patents

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李小平
瞿子涵
张莹
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Abstract

本发明提供一种变电站声源设备源强求解方法及系统，方法包括根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；确定各声源设备源强初始值；利用声级计实地测量各测点的声压级；利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，利用最小二乘法求解方程组得到各声源的源强修正值；计算各声源设备源强。本发明通过采集少量测点的噪声实测值，运用最小二乘法求解各声源的源强修正值，计算各声源设备源强，来提高变电站声源设备源强的计算效率与计算精度，从而提高变电站厂界噪声的预测效果。

Description

一种变电站声源设备源强求解方法及系统
技术领域
本发明涉及变电站声源设备源强求解领域，具体是一种基于最小二乘法求解变电站声源源强来达到仅测量少量测点即可求解得到较为精确的变电站声源源强的方法。
背景技术
变电站声源设备源强的计算效率与计算精度直接影响到变电站厂界噪声的预测效果。对于变电站声源设备，国内国标规定涉及到现有的噪声测量技术有利用声压法、声强法以及振动法等方法测试的得到的数据去计算声源设备源强，但这些方法在工程应用上实现难度大，并不方便实用。声压法、声强法以及振动法等已有的研究技术均需要对测点进行声学数据测量，测点布置与测量过程需严格按照国标规定；现场操作的难度大；并且需要测量的点数多、需要采集的数据量大、数据处理的过程繁杂；源强计算结果易受其它因素干扰。因此，声源设备源强的计算效率与计算精度并不是十分的高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变电站声源设备源强求解方法及系统，运用最小二乘法求解各声源的源强修正值，计算各声源设备源强，来提高变电站声源设备源强的计算效率与计算精度，从而达到提高变电站厂界噪声的预测效果。
本发明的技术方案：
一种变电站声源设备源强求解方法，包括以下具体步骤：
步骤1：根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；
步骤2：利用变电站噪声预测模型确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；
步骤3：确定各声源设备源强初始值，在步骤1建立的变电站噪声预测模型下分别计算步骤2确定的各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级；
步骤4：利用声级计实地测量步骤2确定的各测点的声压级；
步骤5：利用步骤3得到的各测点仿真声压级与步骤4得到的各测点实测声压级作为已知条件，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，利用最小二乘法求解方程组得到各声源设备的源强修正值；
步骤6：根据各声源设备的源强初始值和步骤5所得源强修正值计算各声源设备源强。
所述步骤1中变电站实地分布图由变电站设计建设图纸给出。
所述步骤1中声源设备在工程噪声预测软件进行仿真计算时被认为是点声源。
所述步骤1中工程噪声预测软件是Soundplan或Cadna/A。
所述步骤3中各声源设备源强初始值按照设备出厂时的给出值、相关标准对对应型号的规定值、经验估算值设定。
所述的步骤5中利用声压叠加原理建立的多元非线性方程组为：
Figure BDA0002527303880000021
其中，m为声源个数，n为测点个数，Lpn为第n个测点的实测声压级，Lpmn为第n个测点在只有第m个声源源强初始值作用下的声压级，xm为第m个源强修正值。
所述的步骤5中利用最小二乘法求解多元非线性方程组使用的是matlab工具箱中的lsqcurvefit函数。
所述的步骤5中源强修正值下得到的各测点仿真声压级与实测声压级之间的误差平方和最小。
所述的步骤6中各声源设备源强的计算公式为：
Lwm＝Lwmm+xm
其中，Lwm为第m个声源设备的源强，Lwmm为第m个声源设备的源强初始值，xm为第m个源强修正值。
一种变电站声源设备源强求解系统，包括：
模型建立模块，用于根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；
测点位置与个数确定模块，用于利用变电站噪声预测模型确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；
仿真声压级计算模块，用于在步变电站噪声预测模型下分别计算各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级；
实测声压级测量模块，用以利用声级计实地测量各测点的声压级，得到各测点的实测声压级；
源强修正值计算模块，用以利用各测点仿真声压级与各测点实测声压级作为已知条件，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，并利用最小二乘法求解方程组得到各声源设备的源强修正值；
声源设备源强计算模块，根据各声源设备的源强初始值和源强修正值计算模块所得源强修正值计算各声源设备源强。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明基于声压叠加原理建立多元非线性方程组，并利用最小二乘法求解方程组得到各声源的源强修正值，使得在源强修正值下得到的各测点仿真声压级与实测声压级之间的误差平方和最小，可最大化地提高变电站声源设备源强的计算精度；
2)本发明基于少量测点的噪声实测值计算设备声源源强，不仅降低了测试的难度，还减少了数据处理的工作量，很好地提高了变电站声源设备源强的计算效率。
附图说明
图1是本发明中的方法的流程图；
图2是本发明中变电站噪声预测模型；
图3是本发明系统原理示意图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明适用于对变电站声源设备源强进行计算时提高源强计算效率与计算精度的工作，通过计算各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级，实地测量各测点的实测声压级后，设定各声源的源强修正值，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，利用最小二乘法求解方程组得到各声源的源强修正值，使得在源强修正值下得到的各测点仿真声压级与实测声压级之间的误差平方和最小，从而达到高效、准确的计算各声源设备源强的目的。
图3所示为本发明提供的一种变电站声源设备源强求解系统，包括：
模型建立模块，用于根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；
测点位置与个数确定模块，用于利用变电站噪声预测模型确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；
仿真声压级计算模块，用于在步变电站噪声预测模型下分别计算各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级；
实测声压级测量模块，用以利用声级计实地测量各测点的声压级，得到各测点的实测声压级；
源强修正值计算模块，用以利用各测点仿真声压级与各测点实测声压级作为已知条件，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，并利用最小二乘法求解方程组得到各声源设备的源强修正值；
声源设备源强计算模块，根据各声源设备的源强初始值和源强修正值计算模块所得源强修正值计算各声源设备源强。
图1所示为本发明中提供的一种变电站声源设备源强求解方法的流程图；以下分别对每个步骤作详细的解释并举例：
步骤1：根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；
具体地，变电站实地分布图由变电站设计建设图纸给出；声源设备在工程噪声预测软件进行仿真计算时可被认为是点声源；工程噪声预测软件可以是Soundplan、Cadna/A等基于国际标准ISO9631-1：1993《声学户外声传播的衰减第1部分：大气声吸收的计算》、ISO9631-2：1996《声学户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法》及其等效标准的噪声预测软件。
本实施例中变电站噪声预测模型如图2所示，以特高压变电站变压器为例，变压器三相均等效为点声源，X、Y、Z三点分别为变压器三相的等效点声源。
步骤2：利用变电站噪声预测模型确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；
本实施例中变电站噪声预测模型如图2所示，A、B、C、D、E五点为计算变电站声源设备源强所需要的测点。
步骤3：确定各声源设备源强初始值，在步骤1建立的变电站噪声预测模型下分别计算步骤2确定的各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级；
具体地，各声源设备源强初始值可按照设备出厂时的给出值、相关标准对对应型号的规定值、经验估算值等设定。
本实施例中，各声源设备源强初始值均设置为90dB；
测点A在声源X源强初始值作用下的仿真声压级为52.4dB，测点A在声源Y源强初始值作用下的仿真声压级为49.1dB，测点A在声源Z源强初始值作用下的仿真声压级为42.4dB；
测点B在声源X源强初始值作用下的仿真声压级为50.7dB，测点B在声源Y源强初始值作用下的仿真声压级为52.9dB，测点B在声源Z源强初始值作用下的仿真声压级为48.2dB；
测点C在声源X源强初始值作用下的仿真声压级为52.1dB，测点C在声源Y源强初始值作用下的仿真声压级为52.2dB，测点C在声源Z源强初始值作用下的仿真声压级为46.2dB；
测点D在声源X源强初始值作用下的仿真声压级为48.5dB，测点D在声源Y源强初始值作用下的仿真声压级为52.0dB，测点D在声源Z源强初始值作用下的仿真声压级为50.4dB；
测点E在声源X源强初始值作用下的仿真声压级为45.2dB，测点E在声源Y源强初始值作用下的仿真声压级为48.6dB，测点E在声源Z源强初始值作用下的仿真声压级为50.1dB；
步骤4：利用声级计实地测量步骤2确定的各测点的声压级；
本实施例中，由于各工程噪声预测软件的计算精度已经过多方的验证，假定变压器三相的等效点声源源强均为100dB，利用工程噪声预测软件在变电站噪声预测模型下计算测点在三相的等效点声源作用下仿真值，并将此仿真值当做测点的实测声压级，所求测点A的实测声压级为64.4dB，所求测点B的实测声压级为65.8dB，所求测点C的实测声压级为65.7dB，所求测点D的实测声压级为65.3dB，所求测点E的实测声压级为63.2dB。
步骤5：利用步骤3得到的各测点仿真声压级与步骤4得到的各测点实测声压级作为已知条件，设定各声源的源强修正值，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，利用最小二乘法求解方程组得到各声源的源强修正值，使得在源强修正值下得到的各测点仿真声压级与实测声压级之间的误差平方和最小；
具体地，利用声压叠加原理建立的多元非线性方程组为：
Figure BDA0002527303880000071
其中，m为声源个数，n为测点个数，Lpn为第n个测点的实测声压级，Lpmn为第n个测点在只有第m个声源源强初始值作用下的声压级，xm为第m个源强修正值。
具体地，利用最小二乘法求解多元非线性方程组使用的是matlab工具箱中的lsqcurvefit函数。
本实例中，利用声压叠加原理建立的多元非线性方程组为：
Figure BDA0002527303880000072
其中，声源个数为3，测点个数为5，x1为声源X的源强修正值，x2为声源Y的源强修正值，x3为声源Z的源强修正值。
基于最小二乘法，利用matlab工具箱中的lsqcurvefit函数求解多元非线性方程组得到声源X的源强修正值为10.0939dB，声源Y的源强修正值为9.9475dB，x3为声源Z的源强修正值为10.0418dB。
步骤6：根据各声源设备的源强初始值和步骤5所得源强修正值计算各声源设备源强。
具体地，各声源设备源强的计算公式为：
Lwm＝Lwmm+xm
其中，Lwm为第m个声源设备的源强，Lwmm为第m个声源设备的源强初始值，xm为第m个源强修正值。
本实例中，Lw11为声源X的源强初始值90dB，Lw22为声源Y的源强初始值90dB，Lw33为声源Z的源强初始值90dB。利用公式计算得到的声源X的源强为100.0939dB，声源Y的源强为99.9475dB，声源Y的源强为100.0418dB，与声源实际源强100dB之间的误差极小，均小于0.1dB，具体可见表1。
表1源强对比表
声源X 声源Y 声源Z
真实源强 100 100 100
计算源强 100.0939 99.9475 100.0418
误差 0.0939 -0.0525 0.0418
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1：根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；
步骤2：利用变电站噪声预测模型确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；
步骤3：确定各声源设备源强初始值，在步骤1建立的变电站噪声预测模型下分别计算步骤2确定的各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级；
步骤4：利用声级计实地测量步骤2确定的各测点的声压级；
步骤5：利用步骤3得到的各测点仿真声压级与步骤4得到的各测点实测声压级作为已知条件，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，并利用最小二乘法求解方程组得到各声源设备的源强修正值；
步骤6：根据各声源设备的源强初始值和步骤5所得源强修正值计算各声源设备源强。
2.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述步骤1中变电站实地分布图由变电站设计建设图纸给出。
3.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述步骤1中声源设备在工程噪声预测软件进行仿真计算时被认为是点声源。
4.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述步骤1中工程噪声预测软件是Soundplan或Cadna/A。
5.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述步骤3中各声源设备源强初始值按照设备出厂时的给出值、相关标准对对应型号的规定值、经验估算值设定。
6.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述的步骤5中利用声压叠加原理建立的多元非线性方程组为：
Figure FDA0002527303870000021
其中，m为声源个数，n为测点个数，Lpn为第n个测点的实测声压级，Lpmn为第n个测点在只有第m个声源源强初始值作用下的声压级，xm为第m个源强修正值。
7.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述的步骤5中利用最小二乘法求解多元非线性方程组使用的是matlab工具箱中的lsqcurvefit函数。
8.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述的步骤5中源强修正值下得到的各测点仿真声压级与实测声压级之间的误差平方和最小。
9.根据权利要求1所述的变电站声源设备源强求解方法，其特征在于，所述的步骤6中各声源设备源强的计算公式为：
Lwm＝Lwmm+xm
其中，Lwm为第m个声源设备的源强，Lwmm为第m个声源设备的源强初始值，xm为第m个源强修正值。
10.一种变电站声源设备源强求解系统，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于根据变电站实地分布图，确定声源设备的位置与个数，建立基于工程噪声预测软件的变电站噪声预测模型；
测点位置与个数确定模块，用于利用变电站噪声预测模型确定计算变电站声源设备源强所需要的测点位置与个数；
仿真声压级计算模块，用于在步变电站噪声预测模型下分别计算各测点在各声源设备源强初始值作用下的仿真声压级；
实测声压级测量模块，用以利用声级计实地测量各测点的声压级，得到各测点的实测声压级；
源强修正值计算模块，用以利用各测点仿真声压级与各测点实测声压级作为已知条件，利用声压叠加原理建立多元非线性方程组，并利用最小二乘法求解方程组得到各声源设备的源强修正值；
声源设备源强计算模块，根据各声源设备的源强初始值和源强修正值计算模块所得源强修正值计算各声源设备源强。
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