电能路由器设计自动化综述—设计流程架构和遗传算法

发布时间：2021-10-05 09:10

　　电能路由器在未来能源互联网、泛在电力物联网等领域具有广泛的应用前景,具有多级联、多端口、多流向和多形态的特征,这些特征给传统人工设计带来诸多难题。电力电子设计自动化有望克服设计目标权衡困难、裕量设计浪费成本、硬件迭代耗时耗力、设计自动化程度低等挑战。在宽禁带器件蓬勃发展、计算机性能快速迭代、变换器应用场景延伸细化的三重推进下,电力电子设计自动化有望实现设计集成化、精细化和快速化。电能路由器设计问题可以抽象为多学科优化问题,该问题数学性质差、问题规模大,传统优化算法难以胜任,而遗传算法在解决此类优化问题上性能优异。该文在系统总结当前主流的电力电子系统的设计流程和设计软件架构的基础上,分析了遗传算法解决电力电子设计自动化问题的适用性,总结了电能路由器设计自动化潜在的问题和挑战,并给出相应的建议。 

【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(18)北大核心EICSCD

【文章页数】：16 页

【部分图文】：

传统人工设计流程

承袭多学科优化的研究范式和框架搭建，电力电子变换器设计得以实现认识上的提升，研究者提出了应用于电力电子设计自动化的设计流程架构[23]，进一步扩展归纳如图2所示。图中对电力电子变换器的分析，是寻找“设计空间”到“性能空间”的正映射[24]；而优化设计，则是寻找上述映射的逆映射[25]。对于多输入多输出的电力电子系统，设计优化问题的本质就是多目标优化问题[26]，目标函数为“性能空间”的指标，决策变量为“设计空间”的参数，约束为“运行空间”。

然而，上述软件的优化算法往往内置并进行封装，只将正向问题的建模和求解开放给用户，寻优解算的复杂度和数值稳定性不清晰。事实上，优化算法的特性设计与正向问题的特性具有统一性，正映射更多侧重物理特性的分析，而逆映射则更多侧重数学特性的描述。好的优化算法应当与正向问题紧密配合，以期达到更好效果。对优化算法的选择和改进正是本文的出发点和落脚点。在这之前，回顾电力电子变换器尤其是电能路由器的优化设计的特点为：(1）涉及多物理场耦合问题，正向映射复杂，求解正向映射过程耗时。

【参考文献】：
期刊论文
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[5]功率开关器件多时间尺度瞬态模型（Ⅱ）——应用分析与模型互联[J]. 蒋烨,赵争鸣,施博辰,袁立强.  电工技术学报. 2017(12)
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[7]离散状态事件驱动仿真方法及自适应预估校正算法[J]. 杨祎,赵争鸣,檀添,李帛洋,袁立强.  电工技术学报. 2017(12)
[8]对电力电子学的再认识——历史、现状及发展[J]. 赵争鸣,施博辰,朱义诚.  电工技术学报. 2017(12)
[9]功率开关器件多时间尺度瞬态模型（Ⅰ）——开关特性与瞬态建模[J]. 施博辰,赵争鸣,蒋烨,朱义诚.  电工技术学报. 2017(12)
[10]面向能源互联网的配网能量路由器关键参数设计[J]. 曹阳,袁立强,朱少敏,黄仁乐,冯高辉,赵争鸣.  电网技术. 2015(11)



本文编号：3419435