纳米晶高频变压器的优化设计

摘 要：随着电力电子变换器在新能源发电和电网整合中的广泛应用，高频变压器（HFT）作为其核心部件，其性能的优化设计尤为重要。本文旨在降低HFT的损耗，采用基于NSGA-II算法的优化设计思路，为高效率、高功率密度高频变压器的研究提供了理论基础。

关键词：纳米晶高频变压器、非支配排序遗传算法（NSGA-II）

基金项目：中国矿业大学（北京）大学生创新训练项目资助（202413027）。

0引言

高频变压器（HFT）作为电力电子变换器（PET）等功率变换领域的核心部件，具有体积小重量轻、功率密度大、可控性强等优势，不仅可以提高能源利用效率，还能够更好适应新能源发电的间歇性和波动性[1-5]。随着对大容量、高效率、高功率密度需求的日益提高，高频变压器的损耗问题变得尤为重要。因此，进行损耗分析是高频变压器的优化设计的关键。而高频条件下趋肤效应效应、邻近效应变得更加显著，使得变压器损耗难以准确计算、高频变压器的各优化目标之间相互制约、不能同时达到最优，因此高频变压器设计是一个多目标优化设计问题。

1高频变压器损耗计算与相关公式总结

1.1磁芯损耗计算

2基于NSGA-II算法的优化设计方案

NSGA（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm）算法是一种基于遗传算法的多目标优化算法，它通过非支配排序和拥挤度计算来选择个体，以保持种群的多样性和优越性。在变压器的多目标优化过程中，需要对大量的参数进行遍历，与传统的遍历法相比，NSGA-II算法在保持解集多样性和快速收敛到Pareto前沿方面表现更好。

在参数选择上，整理出如下表格：

为实现变压器小型化、高效化，以功率密度P和效率η为目标函数，以磁芯、绕组的几何参数和电磁参数以及系统参数为自变量，最终得到关于P、η的Pareto最优解集，结合实际应用的需求即可得到最后的设计。

3总结

本文针对电力电子变换器中的核心部件高频变压器（HFT）进行了优化设计研究，总结了高频变压器中磁芯损耗、绕组损耗、漏感损耗的计算公式方法，分析了基于NSGA-II算法的优化设计思路，为高频变压器的优化设计提供了高效可行的方案，在新能源发电并网的大背景下具有一定的积极意义。

参考文献

[1]傅明利，王威望，赵小军，等.大功率高频变压器关键技术与发展趋势[J].高电压技术，2024，50（10）：4377-4387.DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20241618.

[2]张鹏宁，李伟，李朋阳，等.纳米晶高频变压器优化设计与实验验证[J].高电压技术，2024，50（10）：4475-4486.DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20240660.

[3]张鹏宁，向雪岩，李伟，等.面向电力电子变压器的高频变压器技术[J].高电压技术，2022，48（12）：4996-5011.DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20211388.

[4]赵志刚，白若南，陈天缘，等.基于智能优化算法的高频变压器电磁结构优化设计[J].电工技术学报，2024，39（18）：5610-5625.DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231062.