[发明专利]基于声调控技术的风电机组噪声掩蔽方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及环境噪声控制和心理声学领域，具体涉及一种基于声调控技术的风电机组噪声掩蔽方法及装置。

背景技术

随着常规能源告急和人类可持续发展意识的提升，风能作为除水能外技术最成熟的可再生能源，已在全世界范围内广泛利用。然而，风电场在利用风能的同时会产生噪声污染，给周边环境带来负面影响。风力发电机组（风电机组）产生的噪声中低频声能占有很大比重。与高频声相比，低频声传播过程中衰减较慢，且在相同A声级下会使居民更为烦恼。加之风电机组一般24h不间断运行，在夜间背景噪声较低的情况下，很容易干扰周围居民睡眠。风电机组噪声引起的主观烦恼已经成为一个不可忽视的环境问题。因此，风电机组噪声已成为限制风电场选址和风电机组大规模布置的一个重要因素。

风电机组噪声主要包括叶片噪声（气动噪声）和机舱内部发电机等设备噪声（机械噪声及结构噪声）两大部分。目前风电机组的设备噪声已经能够得到有效控制，而如何有效降低叶片噪声则仍然是风电技术的一大难题。

心理声学研究表明，当A声级小于60dB时，噪声频谱特性比声级更能影响人群对噪声的主观烦恼反应。声级较低，但频谱不平衡的声音可能也会对人群造成较为严重的主观烦恼干扰；相反，相同声级，甚至声级略高，但频谱较为平衡的声音会让人听起来更舒适。声景观方面的研究表明，相同声级下，人们对风声、水流声等自然声的评价往往比人工产生的声音要较高。因此，对于一些较难降低声级而又令人烦恼的人工噪声，如果能将其调控成跟自然声接近的声音，必然会降低其引起的人群主观烦恼。声调控就是这样一种不以降低声级为主要目的，而是通过改变噪声源频谱等其他特性来改善噪声主观感受的方法。

目前，声调控技术已经有了大量的理论和实验研究基础，并且已经在声景观领域进行了大量应用，但在风电场噪声控制领域的应用还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声调控技术的风电机组噪声掩蔽方法及装置，可降低风电机组噪声引起附近居民的主观烦恼，对风电场建设和风电场周围声环境保护起到积极作用。

本发明的主要原理是将原始风电机组噪声以△T时间为单位进行频谱分析，并将风电机组噪声频谱与自然风频谱相比较，利用声叠加原理计算出合适的需叠加声样本。所述需叠加声样本与原始风电机组噪声叠加后，频谱与主观烦恼较小的自然风声频谱相似，从而达到降低风电机组噪声主观烦恼的目的。

一种基于声调控技术的风电机组噪声掩蔽方法，包括以下步骤：

1）数据预采集：

采集自然风声建立自然风声频谱数据库，

对风电机组噪声进行采样并同步记录风速、空气湿度和叶轮位置，建立风电机组噪声频谱数据库，

建立由不同声压级的窄带声样本生成的窄带声数据库；

自然风声频谱数据库的建立：首先调查目前风电场附近居民住所处存在哪些典型下垫面（如草原、滩涂、海岛等），然后选择若干典型居民住所环境，对当地不同风速的自然风声进行采样，作为每种下垫面情况下自然风声的代表。最后对这些声样本进行频谱分析，建立下垫面-风速-自然风声频谱数据库。

电机组噪声频谱数据库的建立：首先选择某台风电机组附近典型居民住所处作为采样点，要求该采样点与风电机组间距离有代表性，且周围无明显干扰声源。也可选择同样距离，且周围无明显干扰声源的空旷处作为采样点。利用预采集单元对各种风速和空气湿度条件下的风电机组噪声进行采样，信号采集单元同步记录当时风速、空气湿度及风机叶轮位置等参数。要求所采集的噪声样本对应的参数覆盖常见的风速、空气湿度及叶轮位置。最后对这些噪声样本进行频谱分析，建立风速-空气湿度-叶轮位置-风电机组噪声频谱数据库。所述居民住所处典型风电机组噪声数据库针对具体的单台风电机组而建立，其数据仅适用于该台风电机组或者同型号风电机组。

窄带声数据库由一系列不同声压级的窄带声样本组成。所述窄带声样本由白噪声经带通滤波器滤波得到。作为优选，所述带通滤波器中心频率和频带宽度为20～20000Hz范围内1/24倍频程频带中心频率和频带宽度。

2）实时数据采集分析：

实时采集风电机组工作时的风速、空气湿度和叶轮位置，获取所述的风电机组噪声频谱数据库中与实时条件对应的风电机组噪声频谱数据，算得风电机组下一△T工作时间内的噪声频谱数据，并从所述的自然风声频谱数据库提取与所述噪声频谱数据适应的自然风声频谱数据，根据声叠加原理将自然风声频谱数据与噪声频谱数据相减得到需叠加的窄带声，然后提取窄带声数据库中对应的窄带声形成叠加声样本；