(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111440640.0 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 中国科学院重庆绿 色智能技 术研究 院 地址 400714 重庆市北碚区方正大道 266号 申请人 宁夏银利电气股份有限公司 (72)发明人 张霞　张鹏　陈惠　焦海波　 王晓东　石明全　罗彦江　冶青学　 唐良凡　 (74)专利代理 机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 1 1275 代理人 廖曦 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/17(2020.01)G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于佳点集遗传算法的功率电感多目标优 化设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于佳点集遗传算法的功 率电感多目标优化设计方法， 属于电力电子技术 领域。 该方法包括： 根据实际应用需求确定待优 化参数及其搜索空间； 确定约束条件及其边界； 根据待优化参数确定目标函数表达式； 采用佳点 集算法实现种群初始化， 并在 多约束条件下采用 多目标优化的遗传算法对目标函数的最优值进 行寻优求解， 最终得到其对应的待优化参数值。 本发明不仅保证了初始种群分布的均匀性， 有助 于算法搜索最优解， 提高算法性能， 而且有效解 决了功率电感优化目标单一的问题， 反映了多目 标之间的利弊权衡 关系， 有利于功率电感的设计 考虑不同的工作场景和设计要求。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 114091346 A 2022.02.25 CN 114091346 A 1.基于佳点集遗传算法的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 该方法具体包 括以下步骤： S1： 根据实际应用需求确定待优化 参数， 并确定各参数的搜索空间； S2： 确定约束条件及其 边界； S3： 定义目标函数： 计算功率电感的成本、 体积和温升， 基于步骤S1中的待优化参数确 定各目标函数的表达式； S4： 根据待优化 参数及其搜索范围， 采用佳点 集算法实现种群初始化； S5： 以功率电感的成本、 体积和温升三者同时尽可能低作为优化目标， 在多约束条件下 利用多目标遗传算法对待优化 参数进行寻优求 解； S6： 经过多次迭代求得Pareto前沿曲面， 最终得到目标函数的最优值及其对应的优化 参数值。 2.根据权利要求1所述的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述 待优化参数包括磁芯参数、 绕组参数和风道参数； 所述磁芯参数包括磁芯材料类型参数和磁芯几何结构参数； 所述磁芯材料类型参数包 括各类磁 芯材料的单价Pcd和密度ρcd； 所述磁芯几何结构参数包括磁 芯叠厚lc、 磁芯片宽we、 轭片宽wi、 气隙个数n及厚度g1、 辐向电气间隙cw和轴向电气间隙cd； 所述绕组参数包括导线材料类型参数和导线 几何结构参数； 所述导线材料类型参数包 括各类导线材料的单价Pcr、 密度ρcr和电阻率ρlv； 所述导线几何结构参数包括导线线高h、 线 厚c、 线圈匝数N、 单匝导线的轴向并联 数NA和辐向并联 数NR； 所述风道参数包括 风道个数及风道 尺寸。 3.根据权利要求1所述的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 步骤S2中， 确定 的约束条件 包括： (1)几何尺寸约束： 包括磁芯几何尺寸约束和绕组几何尺寸约束， 为保证功率电感的大 小适合于有限的空间， 根据功率电感合理取值构成的约束条件表达式为： ①磁芯几何尺寸约束： 窗高： ds,mn≤ds≤ds,mx， 其中， ds表示磁芯窗高， ds,mn、 ds,mx分别表示磁芯窗高可取的最小 值、 最大值； 窗宽： ws,mn≤ws≤ws,mx， 其中， ws表示磁芯窗宽， ws,mn、 ws,mx分别表示磁芯窗宽可取的最小 值、 最大值； 磁芯叠厚： lc,mn≤lc≤lc,mx， 其中， lc表示磁芯叠厚， lc,mn、 lc,mx分别表示磁芯叠厚可取的 最小值、 最大值； ②绕组几何尺寸约束： 线圈左右 间隙： Wzymn≤Wzy≤Wzymx， 其中， Wzy表示线圈左右间隙， Wzymn、 Wzymx分别表示 线圈左右间隙可 取的最小值、 最大值； 线圈前后间隙： Wqhmn≤Wqh≤Wqhmx， 其中， Wqh表示线圈前后间隙， Wqhmn、 Wqhmx分别表示 线圈前后间隙可 取的最小值、 最大值； (2)气隙尺寸约束： 其中， lg表示总气隙尺寸， 表示预留气隙尺 寸；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114091346 A 2(3)温升约束： Tr≤Tr,mx， 其中， Tr表示功率电感的温升， Tr,mx表示功率电感可允许的最大 温升； (4)电感约束： k1Ln≤Lr≤k2Ln， 其中， Lr表示实际电感值， Ln表示额定电感值， k1、 k2分别 表示最小、 最大系数； (5)基波频率下的磁密约束： B0≤Bmx， 其中， B0表示基波频率下的磁密， Bmx表示基波频率 下的最大磁密； 上述各约束条件根据待优化参数计算， 其中预留气隙 根据经验取值， 最小系数k1、 最大系数k2根据设计需求取值。 4.根据权利要求1所述的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 步骤S3中， 定义 温升为目标函数， 具体包括： 根据牛 顿冷却定律， 温升 ΔT的计算公式为： ΔT＝Ploss/∑( α×A) 其中， Ploss表示绕组损耗Pw或磁芯损耗Pc， α为对流换热系数， A表示功率电感各散热面 的面积； ΔT取磁芯、 绕组两者中的最大温升； 对于绕组损耗Pw， 采用下式对基波频率和谐波频率下绕组的损耗进行求和计算， 其计算 公式为： 其中， I1,rms表示流过绕组的基波电流的有效值， n ＞1时， In,rms为n次谐波电流的有效值； RACn为绕组在给定电流下的交流电阻； 对于磁芯损耗Pc， 采用斯坦梅茨公式对基波频率和谐波频率下磁芯 的损耗进行求和计 算， 其计算公式为： 其中， k、 α ′、 β 为磁芯制造商提供的斯坦梅茨参数， n＝1时， fn表示基波频率， n＞1时， fn 表示谐波频率， Bn表示相应频率下的最大磁密， Vcore表示磁芯体积。 5.根据权利要求4所述的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 所述绕组在给定 电流下的交流电阻RACn根据Dowell方程进行计算。 6.根据权利要求1所述的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 步骤S4中， 采用 佳点集算法实现种群初始化， 具体包括： 采用分圆域求包含s个待优化参数的佳点的公式如 下： 其中， rk表示第k个待优化 参数， p是满足p≥2s+3的最小素 数； 则在s维空间取含m个佳点的佳点 集为： P(i)＝{(r1*i,r2*i,…,rs*i),i＝1,2,…,m} 上述m个佳点即为初始种群。 7.根据权利要求1所述的功率电感多目标优化设计方法， 其特征在于， 步骤S5中， 基于 遗传算法的多目标优化 算法求解最优pareto 边界， 其算法步骤如下： S51： 设置种群规模， 迭代次数， 初始化种群；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114091346 A 3