電化學(xué)整流電源電聯(lián)接方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對于三相橋式整流電路：

UF（AV）=Udio

Ir(AV)=Ir

其中：Udio為所設(shè)計(jì)整流裝置的理想空載直流電壓；

Ir為整流器件反向平均漏電流。

所以ΔWGF=0.5×m·nb·Udio·Ir（5）

（3）快速熔斷器損耗計(jì)算

對整流臂數(shù)m，每臂并聯(lián)支路數(shù)為nb的快速熔斷器總功率損耗ΔWGR為：ΔWGR=m·IT2··[1＋α(t－t0)]（6）

式中：RRD為快速熔斷器冷態(tài)電阻；

t0可按20℃計(jì)算；

t風(fēng)冷時(shí)取120℃，水冷取75℃；

α為電阻溫度修正系數(shù)取0.0035/℃。

根據(jù)上述三部分損耗的描述，所以優(yōu)化模型為：

f(x)=ΔWGZ＋ΔWGF＋ΔWGR（7）

2.3優(yōu)化算法的確定

通過對以上優(yōu)化模型的分析，搜索空間為離散空間，且模型本身并不復(fù)雜，所以采用離散系統(tǒng)最小值原理的優(yōu)化算法是比較合適的。具體在已知優(yōu)化模型基礎(chǔ)上如何轉(zhuǎn)化成優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的方法，文獻(xiàn)[3]中敘述的比較詳細(xì)。

優(yōu)化的約束條件為，目標(biāo)函數(shù)中的相關(guān)設(shè)計(jì)系數(shù)以及理想空載直流電壓Udio和輸出直流電流Id等設(shè)計(jì)要求，這部分函數(shù)的推導(dǎo)可以參見電化學(xué)整流電源電氣計(jì)算的相關(guān)文獻(xiàn)。

針對所研究的問題，優(yōu)化的最終目標(biāo)是搜索最佳并聯(lián)支路數(shù)，從而使整流裝置的損耗最小，效率最高。這樣所研究問題的優(yōu)化域?yàn)橐话悴⒙?lián)支路數(shù)的數(shù)目，即D={0,1,…nb}。

3實(shí)例分析

一臺30kA×3/546V的電化學(xué)整流裝置，主要原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求如下（主要列出與上面損耗計(jì)算中相關(guān)的參數(shù)）：

單柜額定輸出直流IdN=30kA，UdN=546V；

整流電路型式：三相二極管橋式整流；

電流儲備系數(shù)：KAi≥2.5；

均流系數(shù)：KI≥0.85。

按常規(guī)設(shè)計(jì)，在價(jià)格、可靠性滿足要求的情況下，則選用當(dāng)前最大承載電流的整流二極管。表1為常規(guī)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的比較。

顯然，采用8只器件并聯(lián)，使整流效率提高了約0.02％，大大節(jié)約了電能。

4結(jié)語

（1）通過在設(shè)計(jì)過程中引入優(yōu)化的思想，克服了以往完全依賴經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)的整流裝置在性能上有所提高。

（2）隨著新型整流器件的推出，方案設(shè)計(jì)的多樣性也越來越突出，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法更能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。

（3）通過完善優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)（效率），可以進(jìn)一步提高優(yōu)化的效果。但對電化學(xué)整流裝置來說，如果能從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析，整流裝置的性能會得到進(jìn)一步的提高。

（4）這種優(yōu)化思想也可以應(yīng)用于其它電力電子變換裝置。