[논문]FXLMS 알고리즘을 이용한 전력용 변압기의 능동소음제어에 관한 연구

박우용; 김선대; 김영달

FXLMS 알고리즘을 이용한 전력용 변압기의 능동소음제어에 관한 연구
A study on the Active Noise Control for Power Transformer using FXLMS Algorithm 원문보기

박우용 (한밭대학교) , 김선대 (한밭대학교) , 김영달 (한밭대학교)

변압기에서 발생하는 소음은 근무자의 작업환경을 열악케 하는 직접적인 요인이 될 뿐만 아니라 정신적인 스트레스를 받게 되어 작업능률 저하 및 변전소 인접 주민들의 일상생활 환경을 저해하는 요인이 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 FXAMS 알고리즘을 적용한 변압기의 능동소음제어에 대한 연구를 수행하였으며, 다중음 다채널 제어가 가능한 시스템을 개발하여 현장에 적용한 결과, 120Hz에서는 9.06[dB]의 능동소음감쇄가 이루어졌으며, 전체적으로 4.55[dB]의 감쇄효과가 얻을 수 있었다.

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문제 정의

과거에 연구되었던 시스템은 대부분이 단일음 단일채널을 이용하였으나 대형 변압기의 소음원을 저감시키는 데에는 한계가 있어, 본 연구에서는 다중음, 다중채널을 이용한 ANC 시스템을 개발하여 현장 변압기에 적용을 하여 그 결과를 통해 대형 변압기의 소음을 저감하는데 기여하고자 한다[10T3].

제안 방법

조건에서 실험을 수행하였다. 단일주파수로만 제어하는 경우와 두 개 이상의 주파수를 합성하는 방법과 개별 주파수로 제어하는 방법 그리고 소음 맵과 유사한 기준신호의 주파수와 크기로 제어하는 방법들을 수행하였다. 그 결과 각 측정 위치에서 각 주파수별로 평균을 구하였는데 표 8파 같욘 결과를 얻었으며.
또한 제어주파수 120Hz, 240Hz, 360Hz의 단일 음과 그 주파수들을 조합한 다중 음에 대한 데이터를 측정하였다. 그 결과 120Hz예서는 그림 10과 표 3에서 보는 바와 같이 측정위치T 에서 약 13.
제작하였다. 먼저 실험실에서 변압기소음원과 같은 소음을 발생시키고 ANC을 적용하여 제어 출력과 에러 마이크로폰의 위치에 따른 소음감쇄현상을 관찰하였다 또한 현장실험을 위해 그림 4와 같이 20채널까지 적용할 수 있는 시스템을 제작하였으며, 현재 운전 중인 154[kV] 60[MVA] 3상 변압기에 15 채널까지 적용하여 실험하였다.
모의 실험하는데 조건은 소음과 제어출력과 에러 마이크로폰의 위치에 따라 세 가지로 구별하였으며, 제어주파수 120Hzf 240Hz, 360Hz의 단일 음과 그 주파수들을 조합한 다중 음에 대한 데이터를 측정하였다 먼저 모의실험조건은 그림 6과 같이 소음과 제어출력과 에러마이크로폰의 위치를 일직선이 되게 하였으며, 각 제어주파수에 따라 오실로스코프로 측정하였다. 그 결과 단일 음(120Hz, 240Hz, 360Hz)의 경우 그림 7과 및 표 1과 같이 측정되었으며, 240Hz에서 22.
최적의 능동소음제어가 이루어지는 경우를 찾기 위해 여러 가지 조건에서 실험을 수행하였다. 단일주파수로만 제어하는 경우와 두 개 이상의 주파수를 합성하는 방법과 개별 주파수로 제어하는 방법 그리고 소음 맵과 유사한 기준신호의 주파수와 크기로 제어하는 방법들을 수행하였다.

대상 데이터

현장 실험하는데 조건온 표 2와 같이 수행하였으며, 그림 4 의 우측과 같이 15개소에서 제어를 하였으며, 소음측정 위치는 그림 4의 우측 하단과 같이 4개소에서 실시하였다

이론/모형

FXLMS 알고리즘은 LMS 방법에서와 동일하게 순간에러 제곱인 e2(k) 최소화하기 위해 최급하강법을 이용한다. 제어기 W의 입력은 x(k) 신호이고, 출력은 y(k)이다.
본 연구에서는 대형 변압기의 소음을 소음 및 진동에 많이 사용되고 있는 LMS방법을 근거로 한 Filtered-X LMS 알고리즘음 이용하여 제어하도록 한다. 제어출력으로부터 센서까지의 시스템이 존재할 때, 이를 고려하여 수정된 Filtered-X LMS알고리즘음 적용하였으며, 블록선도는 그림 1과 같이 나타내었다.
이용하여 제어하도록 한다. 제어출력으로부터 센서까지의 시스템이 존재할 때, 이를 고려하여 수정된 Filtered-X LMS알고리즘음 적용하였으며, 블록선도는 그림 1과 같이 나타내었다.

성능/효과

조합한 다중 음에 대한 데이터를 측정하였다. 그 결과 120Hz예서는 그림 10과 표 3에서 보는 바와 같이 측정위치T 에서 약 13.1[dB]로 크게 감소하였다.
그 결과 단일 음(120Hz, 240Hz, 360Hz)의 경우 그림 7과 및 표 1과 같이 측정되었으며, 240Hz에서 22.3[dB] 정도로 가장 많이 감소하였다. 또한 다중음인 경우, 그림8과 그림10과 같이 감소되는 것을 알 수 있었고, 표 1에서 120Hz+240Hz의 경우 23.
3[dB] 정도로 가장 많이 감소하였다. 또한 다중음인 경우, 그림8과 그림10과 같이 감소되는 것을 알 수 있었고, 표 1에서 120Hz+240Hz의 경우 23.4[dB]로 가장 크게 감소됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 다중음/다채널의 FXLAMS 알고리즘을 적용한 능동소음제어시스템을 이용한 운전 중 변압기 소음저감에 관한 현장실험을 수행하였다 그 결과 모의 실험과 현장 실험 결과를 비교해보면 많은 차이를 보였다 그 이유는 현장 실험에 반사음을 고려한 제어를 하지 못하였기 때문으로 판단되며, 소음 피크 주파수에 대하여 120Hzf 240Hz, 360Hz만을 고려하였으나 실제 소음원과 비교해보면 480Hz에서는 80[dB] 이상의 소음이 발생하였으며, 600Hz, 720Hz에서도 70[dB] 이상으로 무시할 수가 없는 피크주파수가 발생됨을 알 수 있었다 그러므로 향후 다중음에 대한 제어주파수를 720Hz 까지로 확대할 필요가 있으면 반사음에 대한 대책이 절실히 요구되었다.
그 결과 각 측정 위치에서 각 주파수별로 평균을 구하였는데 표 8파 같욘 결과를 얻었으며. 전체적으로 9.45[dB]가 감소하였다.
측정 결과, 각 주파수 120Hz 은 95. 55[dB], 240Hz는 82.

후속연구

이와 같이 현재 운전 중인 변압기에 적용할 경우, 변전소 인근 주민으로부터 발생되는 민원을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 변전소나 발전소에서 근무하는 작업자들의 직업병을 해소하며, 작업능률 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다

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