[发明专利]一种实现大功率电力电子变压器自然均压的参数设计方法

权利要求书

1.一种实现大功率电力电子变压器自然均压的参数设计方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

步骤1、通过分析CLLC型高频谐振变换器的变压器结构，建立其等效电路模型；

通过分析CLLC型高频谐振变换器的变压器结构，建立其等效电路模型，定义如下参数：

式中，ω_s为开关角频率，L_r1为原边谐振电感，C_r1为原边谐振电容，L_m1为正向功率传输时等效变压器励磁电感，L_r2为副边谐振电感，C_r2为副边谐振电容，L_m2为反向功率传输时等效变压器励磁电感，n为变压器变比，R_H为正向功率传输时等效电阻，R_L为反向功率传输时等效电阻，ω_r1为原边工作角频率，ω_r2为副边工作角频率；

步骤2、以功率由高压级传向低压级作为功率传输的正方向，确定功率正向传输时的增益表达式；

步骤2.1、以稳定高压级H桥模块的直流侧电压和低压级三相逆变器的直流侧电压为目标得到期望的增益表达式如下式：

M∈[M_min,M_max]当Q₁∈[0,Q_1max] (1)

其中，增益表达式为

式中：

当功率反向传输时，仅需将ω_*1,Q₁,g替换为ω_*2,Q₂,1/g；

步骤2.2、确定ω_*1的取值范围，其具体方法如下：

假设已知谐振参数的变化范围为：

式中分别代表电感实际值和电容实际值，ζ％代表电感的波动范围、ξ％代表电容的波动范围，

根据式(6)和(7)可以得到ω_*1的变化范围:

ω_*1∈[ω_*1min,ω_*1max] (8)

其中，

由上式我们可以看出，根据k和g值可以得到ω_*1min，ω_*1max的值；

步骤2.3、确定Q₁的取值范围，具体方法如下：

根据设计需要以及增益需要满足的表达式，可以得到

为了使式(12)和(13)在Q₁∈[0,Q_1R]和ω_*1∈[ω_*1min,ω_*1max]始终成立，需要满足

将式(5)代入式(14)，可以得到:

0＜Q₁＜Q_1R当ω_*1∈[ω_*1min,ω_*1max] (15)

由上式可得，根据k和g值可以得到Q_1R的值；

步骤3、根据增益表达式，确定满足增益条件下的k值和g值的集合；

步骤3.1、定义变量i，j且其初始值赋0；定义数组k₀[x],g₀[x][y]；x，y代表数组长度；定义δ为k，g的初始值；g_max和k_max分别代表g值和k值允许的最大值；根据处理器的运算能力设置δ_k和δ_g分别为k值和g值的增值步长；

步骤3.2、根据k值和g值求取ω_*1，Q₁的范围；

步骤3.3、根据k值、g值、ω_*1以及Q₁计算期望增益；当满足期望的增益表达式时，则将此时的k值赋给k₀[i]，将g值赋给g₀[i][j]，并使j＝j+1，否则直接进入步骤3.4；

步骤3.4、令g＝g+δ_g并判断此时g值大小，若g值不大于g_max，则重新返回步骤3.2，否则进入步骤3.5；

步骤3.5、令k＝k+δ_k并判断此时k值大小，若k值不大于k_max，则使i＝i+1，并重新返回步骤3.2；

通过上述步骤，通过遍历的方法获得满足期望增益表达式的所有k值和g值集合k₀[i],g₀[i][j]；

步骤4、定义目标函数，通过遍历的算法求取使目标函数最优的k₁值和g₁值；

步骤5、采用步骤4同样的方法，得到功率反向传输时使目标函数最优的k₂和g₂值，进而确定最终的k值和g值；并求解出对应的谐振回路参数。