丁海波，魏保禄

（山东大学电气工程学院， 山东 济南 250061）

摘要：针对电力电子直流输电系统中高频变压器分布参数、损耗与温度相互耦合而影响功率密度和运行可靠性的问题，本文提出一种基于纳米晶高频变压器的磁热多物理场建模与多目标优化设计方法。

首先，针对一次侧（高压侧）串联、二次侧（低压侧）并联的双柱同轴铜箔绕组结构，基于漏磁能量分区推导了计及层间绝缘、一次侧与二次侧隔离间隙及铜箔内部高频漏磁储能的漏感解析式，并结

合有限元仿真分析了频率、绕组高度和绝缘厚度对漏感及分布电容的影响规律，实现绕组结构的预设计与分布参数验证。其次，在分布参数满足设计要求基础上，建立了面向损耗、导热热阻和热点温

度的磁热耦合优化模型，并引入Sobol全局灵敏度分析确定影响磁热性能的主导几何变量，采用非支配排序鲸鱼优化算法对关键结构参数进行多目标寻优。最后，研制了一台10 kHz/20 kVA试验样机。

试验结果表明，漏感与热点温度的计算值与实测值误差分别为0.17%和6.48%，验证了所提多物理场优化模型在工作频率下的预测精度。

关键词：高频变压器；分布参数；磁热耦合；多目标优化

中图分类号：ＴＭ４22+.2      文献标识码：Ｂ      文章编号：１００１－８４２５（２０26）０8－００25－13

作者简介：

丁海波（通信作者）1998-，男，山东潍坊人，博士研究生，主要从事高频变压器优化设计及输变电装备研制等工作。

魏保禄2000-，男，山东德州人，硕士研究生，主要从事高频变压器设计及故障诊断等工作。