武汉大学电气工程学院、国网湖北省电力公司技术培训中心的研究人员王晋伟、应黎明、刘勤、杨鹏，在2018年第1期《电工技术学报》上撰文指出，变压器噪声是变电站中主要噪声来源，开展变压器有源噪声控制研究能够弥补无源降噪方式对低频噪声治理效果差的不足，具有应用价值。

对电力变压器噪声信号进行采集及分析，建立了复杂声波模型。通过分析变压器噪声特性及各频率分量声压级贡献，将100 Hz、200 Hz、300 Hz三个能量集中的噪声频率分量作为消除目标，提出一种基于扰动跟踪法的变压器有源噪声控制算法。

进一步以工控机和可视化编程实现扰动跟踪控制功能，以PCI数据卡、传声器和扬声器实现噪声信号采集及输出功能，搭建有源降噪实验装置。在110 kV变电站中进行降噪实验，实验结果表明该系统在夹角为40°的测量区域内能取得一定降噪效果，为变压器有源降噪系统的进一步应用研究奠定基础。

毗邻居民生活区的变电站普遍存在噪声扰民问题，影响居民日常生活，甚至危害人体健康[1]。电力变压器噪声是变电站中主要噪声来源，属于低频噪声[2]。该类噪声波长长，穿透及绕射能力强。传统无源噪声控制方式（如加装吸声、隔声墙），对这类低频噪声治理效果不显着且投资巨大[2]，同时，在变电站中大面积加装隔音墙会导致变压器散热难，并给生产现场带来安全隐患。

有源噪声控制（Active Noise Control，ANC）技术为低频段噪声治理提供了有效的解决手段[3,4]。ANC应用于变压器降噪的原理如图1所示，即采用适当控制算法跟踪待消除噪声信号，发出一个与其频率和幅值相同、相位相反的次级声，通过声波相消干涉原理达到降噪目的。

图1  电力变压器有源噪声控制系统示意图

在声学降噪应用研究方面已取得的研究成果主要集中在封闭空间降噪[5-8]。针对变电站这类开阔空间的ANC降噪研究开展较少[9-13]，且已有成果侧重于控制算法仿真研究，物理实验研究成果较少。文献[9]首次将ANC技术应用于变压器降噪，但受当时技术水平限制，只能通过人为调节来跟踪噪声信号，降噪效果不理想。

世纪80年代后，电子与计算机技术的快速发展及自适应滤波理论的逐渐成熟，为ANC的应用研究奠定了基础。文献[10]将自适应滤波算法中的最小方均（Least Mean Square，LMS）算法应用于变压器降噪，实现了自适应跟踪变压器噪声信号。

其后，多位学者在此基础上对算法进行改进[11,12]，但LMS及其改进算法在收敛速度与收敛精度之间存在固有矛盾，对参考信号具有高相关性要求，对次级通道辨识精度要求高及存在声反馈现象等因素，使得这类算法在实际应用中受到限制。

文献[13]在FXLMS算法的基础上，提出了一种利用陷波器合成参考信号的电力变压器有源降噪方法；文献[14]在其基础上进一步改进算法，以减小合成参考信号与初级噪声信号出现频率偏差时的不利影响；文献[15]将电源信号作为参考信号，虽然能够避免参考信号拾取时干扰噪声及声反馈现象对系统的不利影响，但由于很难准确获得由电源信号产生的铁心振动经绝缘油、油箱壁、空气这一振动—声传播路径的传递函数，从而无法准确跟踪噪声信号并保证系统的稳定性。上述文献中，仅有文献[14,15]进行了100 Hz单频噪声物理降噪实验。

针对目前变压器ANC算法在实际应用的局限性及物理实验研究较少的问题，本文测量并分析了电力变压器噪声。将三个声压级贡献大的频率分量作为待消除目标，提出了一种基于扰动跟踪法的有源控制算法，通过仿真验证了该算法的有效性。

利用工控机和可视化编程实现了基于扰动跟踪法的有源噪声控制器功能。最后，利用PCI数据卡、传声器及扬声器实现噪声信号采集和输出功能，搭建了一套可实际运行的降噪系统实验装置，并在真实变电站中进行了降噪实验。实验结果验证了本文提出的电力变压器ANC系统具有一定降噪效果。

图2  降噪实验图

结论

本文提出并实现了一种基于扰动跟踪法的电力变压器噪声有源控制系统，在110 kV变电站中进行了降噪实验，并在一定区域内取得了降噪效果，为进一步应用研究提供了基础。通过对实验过程及结果进行分析总结，结论如下：

1）本文提出的基于扰动跟踪法电力变压器噪声有源控制算法实现容易、计算简单，能够有效应用于实际运行的变压器降噪系统。

2）本文设计的基于扰动跟踪法的电力变压器噪声有源控制系统能够在变电站实际运行，并能在夹角为40°的扇形测量区域内取得平均2.3 dB的降噪效果。

3）目前，本文提出的扰动跟踪法仅将100 Hz、200 Hz、300 Hz噪声分量作为跟踪目标，若将更多噪声频率分量作为待消除目标，预期能够进一步提高降噪效果，但同时要考虑算法计算复杂度和系统实现难易程度，以保证算法在线跟踪性能。

4）本文所采用的次级声源阵列方案仅以经验法进行设计，若依据变压器噪声空间辐射、衰减特性对次级声源阵列方案进行优化设计，则预期能够获得更大的降噪区域和更好的降噪效果。