(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210806447.2 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 陈武　王跃茵　沈湛　王江峰　 付兴贺　曲小慧　雷家兴　曹武　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 何静 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种面向大功率高压高频变压器的多层级 主动调控方法 (57)摘要 本发明公开一种面向大功率高压高频变压 器的多层 级主动调控 方法， 属于电力电子系统调 控技术领域， 包括基于H3T与变换器系统运行性 能的综合评价方法， 利用变换器的调节能力扩展 H3T的设计极限， 将H3T和变换器全链考量， 在器 件、 模块、 系统三个层级的协作调控下， 优化H3T 和变换器系统的综合性能。 本发 明通过将变换器 系统和H3T视作有机整体， 使用主动调控带来的 更灵活的约束边界条件优化设计H3T； 通过实时 评价H3T及变换器系统的运行状态， 在器件 ‑模 块‑系统多层级主动调控电气变量， 实现H3T绝缘 耐电特性、 端口特性、 损耗特性以及相应变换器 系统的优化和提升 。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115169040 A 2022.10.11 CN 115169040 A 1.一种面向大功率高压高频变压器的多层级主动调控方法， 其特征在于， 所述调控方 法包括以下步骤： 步骤一、 基于H3T与变换器系统运行性能的综合评价方法， 利用变换器的调节能力扩展 H3T的设计极限； 步骤二、 将H3T和变换器全链考量， 在器件、 模块、 系统三个层级的协作调控下， 优化H3T 和变换器系统的综合 性能。 2.根据权利要求1所述的一种面向大功率高压高频变压器的多层级主动调控方法， 其 特征在于， 所述 步骤一种综合评价的方法包括以下步骤： S1、 基于磁芯损耗、 绕组损耗以及耐电特性的工况建模， 建立dv/dt、 频率、 幅值、 占空 比、 传输功率与H3T绝缘介质特性、 端口特性的关系映射； S2、 基于电路拓扑类型以及控制策略类型， 依据不同波形dv/dt对H3T绝缘的影响， 得出 H3T的绝缘及调控约束下的设计约束域； S3、 确定设计与约束域的固定参数和可调参数； S4、 结合磁芯损耗、 绕组损耗和绝缘特性的精确计算模型， 以H3T的功率密度、 效率和成 本为优化目标， 使用带精英策略的非支配排序多 目标优化遗传算法筛选出最优的H3T设计 方案。 3.根据权利要求2所述的一种面向大功率高压高频变压器的多层级主动调控方法， 其 特征在于， 所述S1中磁芯损耗建模是依据kh(F)、 b(F)、 ke(F)、 ka(F)四个损耗因子和材料应 力的关系建立的； 所述绕组损耗建模是通过将利兹线绞绕的换位过程等效为不同位置阻抗 的平均值获得利兹线等效电路， 进而求得利兹线每股电流， 再通过将磁场的空间、 时间平均 值求得每股损耗得到 的； 所述耐电特性建模是通过电气变量对H3T的绝缘耐电特性形成多 参数函数集得到的。 4.根据权利要求1所述的一种面向大功率高压高频变压器的多层级主动调控方法， 其 特征在于， 所述步骤二中对于器件层级的主动调控， 首先将变换器选取振荡电压幅值作为 H3T端口特性参数化表征项， 采用局放放电幅值与放电次数、 介电损耗表征H3T绝缘介质特 性； 然后建立以振荡电压幅值、 介电损耗与开关损耗作为优化目标项的综合评价模型， 以局 放起始电压作为dv/dt约束项； 其次依据具体运行场景、 参数要求以及H3T中的绝缘特性与 端口特性， 确定待优化变换器拓扑与有源/无源缓冲电路集合， 并以此得出变换器电压、 功 率、 频率条件的约束范围； 再其次结合局放约束， 得到优化目标项的分布范围， 并使用熵权 法建立优化目标函数， 选取多个稳态工作点， 并确定各工作点的加权因子， 建立面向全功 率、 宽电压运行范围的H3T绝缘性能、 端口特性与开关损耗评价函数AIM＝f(dv/dt)； 最后对 综合评价函数进 行进化降阶， 提升dv/dt实时优化速度， 构建基于栅极驱动主动控制技术的 器件级主动调控方案， 对H3T与变换器实时运行状态量进行检测， 实现对dv/dt参数的实时 优化。 5.根据权利要求1所述的一种面向大功率高压高频变压器的多层级主动调控方法， 其 特征在于， 所述步骤二中对于模块层级的主动调控， 首先根据运行工况中的端口电压、 传输 功率范围， 根据开关频率、 幅值、 占空比参数的调节范围与耦合关系， 建立综合评价模型中 的控制变量约束条件； 然后根据不同温度下的H3T绝缘介质局放、 击穿特性关系与 变换器控 制变量的测量结果与关系映射模型， 得到涉及H3T绝缘/可靠性的变换器控制变量约束条权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169040 A 2件， 根据变换器中元器件的安全运行要求， 得到模块级综合评价模型中的约束 条件集； 其次 基于变换器电气参量与H3T的状态量实时检测结果， 对模块级控制变量优化结果查表， 得到 控制变量优化结果； 最后由系统级上位机中对H3T当前特性进行观测， 并根据观测结果修改 综合评价模型中的相关参数， 更新变量优化结果表。 6.根据权利要求1所述的一种面向大功率高压高频变压器的多层级主动调控方法， 其 特征在于， 所述步骤二中对于系统层级的主动调控， 首先基于实际测量结果与模块级综合 评价模型， 建立功率变换模块总损耗与模块传输功率的关系模型， 作为H3T综合评价模型中 的优化目标函数； 然后根据H3T绝缘介质局放/击穿特性关系模型， 与多模块功率变换系统 中的端口电压、 传输功率等运行要求， 建立多H3T综合评价模型中的约束条件集； 最后根据 H3T状态采集与观测实时反馈结果决定优化层级， 基于器件级dv/dt、 模块级波形变量与系 统级功率分配优化策略， 实现对应物理层的闭环优化调控， 同时基于调控效果反馈， 决策层 对优化模型中的可变因子进行调节。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169040 A 3