本發明屬于高頻變壓器設計,具體涉及一種高頻變壓器電磁結構優化設計方法、系統。
背景技術:
1、隨著分布式能源、新型儲能裝置等直流電源和電動汽車等直流負荷的廣泛接入,要求傳統配電網同時具備交直流接入和供電能力。以電力電子變壓器為核心的交直流混合配電網通過ac/dc(交流/直流,alternating?current/direct?current)、dc/dc(直流/直流,direct?current/direct?current)、dc/ac(直流/交流,direct?current/alternatingcurrent)等交直流接口,實現交直流源荷的混合接入,高頻變壓器是電力電子變壓器中的關鍵部件,起著電氣隔離、電壓變換、功率傳輸等關鍵作用。高頻變壓器設計需綜合考慮效率、溫升以及功率密度等優化目標,各優化目標之間存在沖突,不能同時達到最優,且大容量、高隔離電壓下,高頻變壓器損耗大、絕緣要求高,增加了高頻變壓器電磁結構設計難度。
2、現有的針對高頻變壓器電磁結構設計由于考慮因素不夠全面,,導致理論計算結果與實際運行結果相差較大,電磁結構設計方案的準確性差,無法確定高頻變壓器電磁結構的最優設計方案。
技術實現思路
1、為克服上述現有技術的不足,本發明提供一種高頻變壓器電磁結構優化設計方法,該方法包括:
2、獲得高頻變壓器的多組輸入參數,每組輸入參數包括固定參數、自由參數和外接換流器的初始受控參數;
3、根據每組輸入參數,計算每組輸入參數對應的漏電感值;
4、基于每組所述輸入參數,根據所述輸入參數對應的漏電感值對所述初始受控參數進行校核,獲得校核受控參數;根據所述固定參數、所述自由參數和所述校核受控參數,更新所述輸入參數;
5、對多組更新后的所述輸入參數進行計算,獲得多組更新后的所述輸入參數對應的優化目標值;在多組更新后的所述輸入參數對應的優化目標值中,選擇優化目標值最優的目標輸入參數作為高頻變壓器電磁結構優化設計方案。
6、優選的,所述根據所述輸入參數對應的漏電感值對所述初始受控參數進行校核,獲得校核受控參數,包括:
7、根據所述輸入參數對應的漏電感值計算新的受控參數;并計算所述新的受控參數相對于所述初始受控參數的變化值;
8、若所述變化值小于預設閾值,確定所述新的受控參數為外接換流器的校核受控參數;
9、若所述變化值大于或等于預設閾值,根據所述新的受控參數重新計算漏電感值,并重新計算變化值,直至重新計算的所述變化值小于所述預設閾值,將重新計算的所述變化值對應的新的受控參數確定為校核受控參數。
10、優選的,所述對多組更新后的所述輸入參數進行計算,獲得多組更新后的所述輸入參數對應的優化目標值,包括:
11、對多組更新后的所述輸入參數進行計算,得到多組更新后的所述輸入參數對應的候選優化目標解集;
12、根據預設的篩選條件對多組候選優化目標解集進行篩選,獲取滿足篩選條件的優化目標解集;
13、根據線性加權因子對滿足約束條件的所述優化目標解集線性加權,獲得優化目標值。
14、優選的,所述預設的篩選條件包括:繞組平均溫升≤80k、熱點溫升≤100k、效率>99%、損耗<2kw、體積<0.2m3或鐵心繞組重量功率密度大于1.5kw/kg中的一種或多種。
15、優選的,所述線性加權因子根據設計需求進行設定。
16、優選的,所述固定參數包括鐵心類型、鐵心材料、繞組類型、繞組材料、變壓器材料物性參數或系統參數中的一種或多種;
17、其中,鐵心類型包括心式結構、殼式結構、矩陣式結構或同軸結構;
18、鐵心材料包括納米晶、非晶合金或鐵氧體;
19、繞組類型包括無交叉式、三明治式或交叉換位式;
20、繞組材料包括銅箔或利茲線;
21、變壓器材料物性參數包括材料密度、電導率、磁導率、導熱系數、比熱容、熱膨脹系數或絕緣材料局部放電起始場強中的一種或多種;
22、系統參數包括系統電壓、隔離電壓、工作頻率中的一種或多種。
23、優選的,所述自由參數包括:繞組自由參數和鐵心自由參數;
24、其中,所述繞組自由參數包括原副邊匝數、原副邊電流密度或原副邊等效截面中的一種或多種;
25、所述鐵心自由參數包括運行磁密、帶材寬度、截面積、疊片系數或填充系數中的一種或多種。
26、優選的,所述自由參數的獲取過程包括:
27、在所述高頻變壓器的每一種自由參數的參數掃描范圍內,以預設參數間隔進行掃描,獲得每一種自由參數的所有取值;
28、對每一種自由參數的取值進行排列組合,獲得高頻變壓器的所述自由參數。
29、優選的,所述外接換流器的初始受控參數包括:高頻變壓器原副邊初始電壓有效值、高頻變壓器原副邊初始電壓波形、高頻變壓器原副邊初始電流有效值或高頻變壓器原副邊初始電流波形中的一種或多種。
30、基于同一發明構思,本發明還提供一種高頻變壓器電磁結構優化設計系統,該系統包括:
31、輸入參數獲得單元,用于獲得高頻變壓器的多組輸入參數,每組所述輸入參數包括固定參數、自由參數和外接換流器的初始受控參數;
32、漏電感值獲得單元,用于根據所述每組輸入參數,計算每組所述輸入參數對應的漏電感值;
33、輸入參數更新單元,用于基于每組所述輸入參數,根據所述輸入參數對應的漏電感值對所述初始受控參數進行校核,獲得校核受控參數;根據所述固定參數、所述自由參數和所述校核受控參數,更新所述輸入參數;
34、優化設計方案獲得單元,用于對多組更新后的所述輸入參數進行計算,獲得多組更新后的所述輸入參數對應的優化目標值;在多組更新后的所述輸入參數對應的優化目標值中,選擇優化目標值最優的目標輸入參數作為高頻變壓器電磁結構優化設計方案。
35、優選的,所述輸入參數更新單元包括:
36、變化值計算子單元,用于根據所述輸入參數對應的漏電感值計算新的受控參數;并計算所述新的受控參數相對于所述初始受控參數的變化值;
37、校核受控參數確定子單元,用于若所述變化值小于預設閾值,確定所述新的受控參數為外接換流器的校核受控參數;
38、校核受控參數確定子單元,還用于若所述變化值大于或等于預設閾值,根據所述新的受控參數重新計算漏電感值,并重新計算變化值,直至重新計算的所述變化值小于所述預設閾值,將重新計算的所述變化值對應的新的受控參數確定為校核受控參數。
39、優選的,所述優化設計方案獲得單元包括:
40、候選優化目標解集獲得子單元,用于對多組更新后的所述輸入參數進行計算,得到多組更新后的所述輸入參數對應的候選優化目標解集;
41、優化目標解集獲得子單元,用于根據預設的篩選條件對多組候選優化目標解集進行篩選,獲取滿足篩選條件的優化目標解集;
42、優化目標值獲得子單元,用于根據線性加權因子對滿足約束條件的所述優化目標解集線性加權,獲得優化目標值。
43、優選的,優化目標解集獲得子單元還包括篩選條件子單元,所述篩選條件子單元包括:繞組平均溫升≤80k、熱點溫升≤100k、效率>99%、損耗<2kw、體積<0.2m3或鐵心繞組重量功率密度大于1.5kw/kg中的一種或多種。
44、優選的,優化目標值獲得子單元還包括線性加權因子確定子單元,所述線性加權因子確定子單元用于根據設計需求進行設定所述線性加權因子。
45、優選的,所述輸入參數獲得單元包括固定參數獲得子單元,所述固定參數包括鐵心類型、鐵心材料、繞組類型、繞組材料、變壓器材料物性參數或系統參數中的一種或多種;
46、其中,鐵心類型包括心式結構、殼式結構、矩陣式結構或同軸結構;
47、鐵心材料包括納米晶、非晶合金或鐵氧體;
48、繞組類型包括無交叉式、三明治式或交叉換位式;
49、繞組材料包括銅箔或利茲線;
50、變壓器材料物性參數包括材料密度、電導率、磁導率、導熱系數、比熱容、熱膨脹系數或絕緣材料局部放電起始場強中的一種或多種;
51、系統參數包括系統電壓、隔離電壓、工作頻率中的一種或多種。
52、優選的,所述輸入參數獲得單元還包括自由參數獲得子單元,所述自由參數包括:繞組自由參數和鐵心自由參數;
53、其中,所述繞組自由參數包括原副邊匝數、原副邊電流密度或原副邊等效截面中的一種或多種;
54、所述鐵心自由參數包括運行磁密、帶材寬度、截面積、疊片系數或填充系數中的一種或多種。
55、優選的,所述自由參數獲得子單元用于在所述高頻變壓器的每一種自由參數的參數掃描范圍內,以預設參數間隔進行掃描,獲得每一種自由參數的所有取值;
56、對每一種自由參數的取值進行排列組合,獲得高頻變壓器的所述自由參數。
57、優選的,所述輸入參數獲得單元還包括受控參數獲得子單元,所述受控參數獲得子單元用于獲得外接換流器的初始受控參數,所述外接換流器的初始受控參數包括:高頻變壓器原副邊初始電壓有效值、高頻變壓器原副邊初始電壓波形、高頻變壓器原副邊初始電流有效值或高頻變壓器原副邊初始電流波形中的一種或多種。
58、與最接近的現有技術相比,本發明具有的有益效果如下:
59、本發明提供了一種高頻變壓器電磁結構優化設計方法、系統,該方法包括:獲得高頻變壓器的多組輸入參數,每組輸入參數包括固定參數、自由參數和外接換流器的初始受控參數;根據每組輸入參數,計算每組輸入參數對應的漏電感值;基于每組輸入參數,根據輸入參數對應的漏電感值對初始受控參數進行校核,獲得校核受控參數;根據固定參數、自由參數和校核受控參數,更新輸入參數;對多組更新后的輸入參數進行計算,獲得多組更新后的輸入參數對應的優化目標值;在多組更新后的輸入參數對應的優化目標值中,選擇優化目標值最優的目標輸入參數作為高頻變壓器電磁結構優化設計方案。本發明在高頻變壓器電磁結構優化設計方案中考慮高頻變壓器對外接換流器輸出參數的影響,使高頻變壓器電磁結構優化設計方案與實際運行工況更為接近,提升高頻變壓器電磁結構優化設計方案的準確性和工程適用性。