[發(fā)明專(zhuān)利]一種三相高頻大功率變壓器的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110555470.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113283073B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王佳寧;胡嘉汶;黃耀東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06N3/12
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明涉及一種三相高頻大功率變壓器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于高頻變壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該方法將功率密度PD、效率η、單位損耗散熱面積S_heat、漏電感L_σ作為目標(biāo)函數(shù)，以窗口高度b、磁芯橫截面寬度w、磁芯橫截面長(zhǎng)度d、初級(jí)繞組Y_1i線徑D_p、次級(jí)繞組Y_2i線徑D_s以及初級(jí)繞組Y_1i的匝數(shù)N_p作為輸入變量，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型代入NSGA?II多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)。適用于三相LLC諧振變換器三相高頻大功率變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此方法具有高精度的模型分析和較小的優(yōu)化計(jì)算量，在滿(mǎn)足絕緣能力的條件下，提高變壓器的功率密度、效率和熱可靠性，并使寄生參數(shù)可控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三相高頻大功率變壓器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于高頻變壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電力電子變壓器具有體積小，重量輕，無(wú)絕緣油等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛關(guān)注，電力電子變壓器由高頻大功率變壓器和電力電子變流器組成。

工作頻率的提高可以提升高頻大功率變壓器的功率密度。但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗的增加，導(dǎo)致效率降低。并且體積的小型化使導(dǎo)熱面積減小，導(dǎo)致散熱困難。同時(shí)三相高頻大功率變壓器通常覆蓋絕緣材料以滿(mǎn)足高壓環(huán)境，使散熱性能進(jìn)一步下降，此外，三相高頻大功率變壓器的寄生參數(shù)也會(huì)對(duì)電力電子變壓器的工作特性產(chǎn)生偏差。因此，三相高頻大功率變壓器的設(shè)計(jì)需要綜合考慮功率密度、效率、散熱能力和寄生參數(shù)等多個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且往往存在沖突，不能同時(shí)達(dá)優(yōu)，所以三相高頻大功率變壓器的設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。

傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計(jì)方法，如AP法和幾何參數(shù)法，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算AP 值等參數(shù)，并據(jù)此對(duì)商用磁芯進(jìn)行選擇，這樣的設(shè)計(jì)方法通常無(wú)法選擇使功率密度和效率達(dá)到最優(yōu)，并且無(wú)法對(duì)絕緣需求進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，存在一定缺陷。

三相LLC諧振變換器具有電流應(yīng)力小，濾波電容紋波低，全負(fù)載軟開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在電力電子變壓器中得到廣泛應(yīng)用。因而亟需一種具有方便且準(zhǔn)確的適用于三相LLC諧振變換器的三相高頻大功率變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

目前，高頻大功率變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)問(wèn)題。主要研究目標(biāo)在于高頻大功率變壓器模型的高精確性，優(yōu)化方法的低計(jì)算量，追求設(shè)計(jì)高頻大功率變壓器的低成本、高功率密度、高效率、高可靠性以及準(zhǔn)確可控的寄生參數(shù)計(jì)算。這既有學(xué)術(shù)論文對(duì)此做了深入的理論分析，也有實(shí)際應(yīng)用的工程方法其中，如發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《一種大功率中頻電力變壓器設(shè)計(jì)方法》(CN 110517874A)和《一種高頻大功率三相變壓器設(shè)計(jì)方法》(CN112052562A)。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)CN110517874A于2019年11月29日公開(kāi)的《一種大功率中頻電力變壓器設(shè)計(jì)方法》針對(duì)應(yīng)用于雙有源橋(DAB)變換器中的大功率中頻電力變壓器提出了一種設(shè)計(jì)方法，其使用方形多股絞線繞制繞組，磁芯采用卷繞鐵芯設(shè)計(jì)，通過(guò)非支配排序遺傳算法，以效率和功率密度為優(yōu)化目標(biāo)，最大溫升和絕緣條件為約束條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，此方案能精準(zhǔn)控制漏電感的參數(shù)，提高中頻電力變壓器的功率密度和效率。但是存在以下不足：

1)僅計(jì)算了變壓器的理論最大溫升并作為限制條件，并且由于絕緣材料的包裹，理論最大溫升的計(jì)算存在誤差，無(wú)法準(zhǔn)確量化優(yōu)化設(shè)計(jì)后變壓器的散熱能力；

2)絕緣距離的存在使方形多股絞線繞組的高頻Dowell模型存在一定誤差，并未給出解決方法；

3)變壓器漏電感的計(jì)算未代入NSGA-II多目標(biāo)遺傳算法，漏電感需要在完成優(yōu)化設(shè)計(jì)后自行計(jì)算，增加了工作量。