[发明专利]一种电力电子变压器设计方法

说明书

本发明涉及一种电力电子变压器设计方法，该方法包括以下步骤：第一步，建立包含谐振网络的电力电子变压器硬件拓扑模型；第二步，对包含谐振网络的电力电子变压器进行基波分析建模并进行稳态分析，得到变压器归一化后直流电压增益G_n；第三步，分别推导变压器的谐振参数与变压器的直流电压增益、输入阻抗和变换效率的关系；第四步采用智能鸟群搜索算法，对谐振参数L_r、L_m取值进行优化，针对变压器的变换效率得到L_r、L_m优选值。该发明针对谐振网络存在局部最优、精度不高等问题，采用智能鸟群算法对电流目标函数进行优化，避免陷入局部最优，从而满足电力电子变压器能够在不同输入情况下、全负载范围内实现稳压输出及高功率密度需求。

技术领域

本发明涉及一种变压器设计方法技术领域，并涉及一种提升电力电子变压器性能的优化方法。

背景技术

电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)，又被称为固态变压器(Solid State Transformer，SST)。它是由电力电子变压器以及中高频变压器构成的基于电力电子变流技术的高频电力设备。电力电子变压器的核心是高频DC-DC变压器，开关频率越高，功率开关管的开关损耗越显著。为了降低开关损耗，通常利用谐振电路使开关器件运行在软开关状态。而电力电子变压器的软开关性能与谐振参数和控制策略的选择有直接关系。目前LLC谐振型电力电子变压器的设计主要围绕3个参数——并联谐振电感L_m、串联谐振电感L_r以及谐振电容C_r。谐振电路的参数选择对软开关的性能有很大的影响，对此，不同的参数设计方案被相继提出。基于基波分析法从不同优化角度提出了谐振网络的参数设计方法，但是FHA法忽略了谐振电流中的谐波成分，因而当谐振电路运行在偏离谐振频率较远时，变压器性能有较大偏差。采用基波分析法结合时域仿真来优化谐振参数，利用仿真所得数据进行插值得到增益曲线，但是拟合曲线的精度取决于归一化频率的插值精度，并且该方法是优化的电感比K和品质因数Q，而非直接对谐振元件优化。采用基于时域谐振波形，电荷守恒定律和能量守恒的谐振参数精确设计算法，其本质还是模态分析。此类方法能精确地设计谐振参数，但是由于谐振网络的运行过程十分复杂，模态分析法就显得繁琐，不适合在工程领域推广。此外，对于不同输入电压范围的电力电子变压器参数设计及输出效率等整体分析较少，但这正是目前工程实际需要解决的问题。

发明内容

本发明内容是涉及电力电子变压器并进行参数优化的方法，进而提升电力电子变压器在不同输入电压下、保持低耗高功率输出性能。

本发明提出了一种电力电子变压器的设计方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立包含谐振网络的电力电子变压器硬件拓扑模型；

(2)对包含谐振网络的电力电子变压器进行基波分析建模并进行稳态分析，得到归一化后直流电压增益G_n；

(3)分别推导变压器的谐振参数与变压器直流电压增益、输入阻抗和变换效率的关系，其中，所述变换效率需考虑到谐振电流、激励电流和副边二极管电流；

(4)采用智能鸟群搜索算法对根据步骤3所得到谐振电流、激励电流和副边二极管电流为目标，对谐振参数L_r、L_m取值进行优化，得到变压器效率的优选值。