[发明专利]短时工作制大容量水冷电抗器设计方法

说明书

本发明涉及短时工作制大容量水冷电抗器设计方法，确定约束条件、固定变量和自由变量，构成一个输入参数集‑根据输入参数集建立一个设计空间，设计空间内包括所有自由变量的组合，每个组合就是一个电抗器设计方案‑对设计空间内的电抗器设计方案进行逐个计算，初步合格方案被归入初步合格方案集‑对初步合格方案集中的所有初步合格方案进行有限元方案计算，根据有限元核算的损耗结果，重新计算初步合格方案的温升‑对初步合格方案进行第二次考核，合格方案被归入合格方案集‑求解合格方案集的最优前沿，在最优前沿中选择最终方案。能够实现对水冷电抗器的稳态或暂态温升计算，将解析方法和有限元方法进行有机结合，兼顾了设计工作的效率与精度。

技术领域

本发明属于电力电子电能变换领域，具体涉及一种短时工作制大容量水冷电抗器设计方法。

背景技术

在DC/DC变流器、固态变压器等电力电子变流设备中，功率电抗器的储能和滤波功能对于实现电能变换具有重要意义。电抗器的体积、重量和损耗占据变换器整体的较大比例。目前在大容量应用场合，往往需要根据具体项目需求进行专门设计，如何在约束条件下优选设计参数以尽可能减少磁性元件的体积、重量和损耗，成为提高变换器功率密度的瓶颈问题之一。

传统设计方法在设计参数取值上依赖于设计经验，难以取得约束条件下的最优解；传统设计方法为了取得更好的设计结果，需要多次迭代设计，工作效率不高；传统设计方法对于水冷散热的、短时工作的电抗器温升缺乏快速有效的计算手段；传统设计方法在设计过程中全部采用解析方法或者全部采用有限元方法，全部采用解析方法效率高而精度较低，全部采用有限元方法效率低而精度较高。因此，需要提出一种新的电抗器优化设计方法，能够实现对水冷电抗器的稳态或暂态温升计算，能够兼顾设计的效率与精度。

发明内容

本发明提供短时工作制大容量水冷电抗器设计方法，能够实现对水冷电抗器稳态或暂态温升计算、能够兼顾设计效率与精度。

为实现上述目的，本发明所述的短时工作制大容量水冷电抗器设计方法，包括以下步骤：

A根据实际需求，确定电抗器的约束条件、固定变量和自由变量，构成一个输入参数集；

B根据输入参数集建立一个设计空间，设计空间内包括所有自由变量的组合，每个组合就是一个电抗器设计方案；

C对设计空间内的电抗器设计方案进行逐个计算；

D当设计空间内的所有电抗器设计方案全部计算完成后，根据电抗器的约束条件对电抗器设计方案进行考核，合格的为初步合格方案，初步合格方案被归入初步合格方案集；

E对初步合格方案集中的所有初步合格方案进行有限元方案计算，进一步核算绕组损耗和电感值；

F根据有限元核算的损耗结果，重新计算初步合格方案的温升；

G根据步骤E的有限元核算结果以及步骤F重算的温升结果，对初步合格方案进行第二次考核，合格方案被归入合格方案集；

H根据合格方案的损耗和功率密度，求解合格方案集的最优前沿，在最优前沿中选择最终方案。

进一步地，还包括对步骤G中的所有合格方案开展统计分析，分析合格解的自由参数在设计范围中的分布情况，以判断设计范围是否合理，以及是否需要调整设计范围。