[發明專利]一種基于聲振結合的變壓器噪聲源定位方法、系統和裝置

有效

• 申請號: 202010056349.2
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111175698B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 李繼攀;殷守斌;梁存民;孫素亮;王強;劉宏領;郭瑞;谷棟;彭順;王維令;陳小虎;王陸麗;徐環
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司菏澤供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

1.一種基于聲振結合的變壓器噪聲源定位方法，其特征在于：包括：

S101、采集設置在變壓器外殼上的振動傳感器的振動信號；

S102、采集設置在變壓器外的噪聲陣列傳感器的聲波信號；

S103、根據振動信號和聲波信號，分別通過時延估計噪聲源定位算法、延時求和波束形成噪聲源定位算法和基于遺傳MUSIC噪聲源定位算法，計算噪聲源的三個方位角，其中振動信號作為變壓器噪聲源定位的基準觸發信號；

S104、根據計算得到的三個方位角分別賦予不同的權重并進行加權和，得到最終噪聲源的方位角。

2.根據權利要求1所述的一種基于聲振結合的變壓器噪聲源定位方法，其特征在于：所述通過時延估計噪聲源定位算法計算噪聲源的方位角，具體包括：

S1051、計算噪聲傳感器陣列采集到的聲波信號與振動傳感器采集到的振動信號的時間差t_i；

S1052、建立空間直角坐標系，定義待定位的噪聲源坐標為P(x,y,z)，R_i表示噪聲源到噪聲傳感器Z_i的距離，t_ij表示噪聲源到噪聲傳感器Z_i與噪聲傳感器Z_j之間的時延，R表示噪聲源到坐標原點的距離，θ(0°,90°)表示噪聲源到坐標原點的俯仰角，φ₁(0°,360°)表示噪聲源到坐標原點的方位角，L為噪聲源到噪聲傳感器陣列中心的距離，v為變壓器內等值聲速；

設噪聲傳感器的數量為四個，且采用平面四元十字型陣列排列，根據噪聲源與噪聲傳感器陣列之間的幾何關系，建立如下方程組：

S1053、在變壓器噪聲源定位中，噪聲源信號處于遠場，則可認為R1≈R2 ≈R3≈R4≈R，可得

進而得到噪聲源的方位角φ₁。

3.根據權利要求1所述的一種基于聲振結合的變壓器噪聲源定位方法，其特征在于：所述通過延時求和波束形成噪聲源定位算法計算噪聲源的方位角，具體包括：

S1061、設噪聲傳感器的數量為四個，且采用平面四元十字型陣列排列，第i個噪聲傳感器接收到的信號為x_i(t)，使用延時求和波束形成器根據波達時延對陣列信號進行調整，使各個噪聲傳感器接收到的信號在時間上同步，延時求和波束形成器如下：

式(3)中，t₁₁＝0，j＝1,2,3,4；

S1062、設噪聲源到噪聲傳感器陣列的方位角為φ₂，則方向矢量對式(3)作傅里葉變換，可以得到延時求和波束形成器在頻域內的表達式如下：

式(4)中，X(k)是噪聲傳感器接收信號的頻域形式，W(k)為方向矢量，

S1063、根據波束最大輸出能量確定聲源的方位角φ₂，即

式(5)中，R_XX(k)＝E{X(k)X^T(k)}。

4.根據權利要求1所述的一種基于聲振結合的變壓器噪聲源定位方法，其特征在于：所述通過基于遺傳MUSIC噪聲源定位算法計算噪聲源的方位角，具體包括：

S1071、根據采集到的振動信號和聲波信號，結合傳統的MUSIC算法，獲取MUSIC譜的表達式，將該表達式作為適應度函數；

S1072、設定遺傳算法的初始參數，包括種群規模、選擇策略、交叉概率和變異概率，并確定初始化種群；

S1073、利用所述適應度函數對當代種群中每一個個體進行適應度評估，計算適應度大小，根據適應度大小確定噪聲源定位的準確程度和個體優劣；

S1074、判斷當前的種群是否滿足預先設定停止迭代條件，若是，執行步驟S1076，否則，執行步驟S1075；

S1075、按照遺傳策略，對當代種群通過選擇、交叉、變異操作產生下一代，構建下一代種群，隨后執行步驟S1073進行下一次迭代；

S1076、迭代停止，輸出當代種群中個體最優解，并通過判斷適應度來確定噪聲源的最佳方位角φ₃。