基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法
阅读：1043发布：2020-07-08
专利汇可以提供基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于遗传 算法 的高频高压 变压器 设计优化方法，本发明基于变压器的最小损耗公式、变压器的绝缘尺寸和 铁 芯形状建立数学模型，以原边 匝 数和副边层数为优化变量，效率为优化目标，采用 遗传算法 对变压器进行优化，使得变压器的效率最大化，损耗最小化，同等条件下也意味着温升最小化，充分利用变压器的漏感和分布电容参与到电源系统的工作中，构成LCC 谐振 电路 ，减少变压器的损耗，从而降低温升。与 现有技术 相比，本发明中引入了遗传算法，遗传算法具有与问题无关切快速随机的搜索能 力 ，搜索从群体出发，具有并行性的特点，可以进行多个个体的同时比较，大大加快了寻找最优解的速度。，下面是基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法专利的具体信息内容。
1.一种基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于变压器的最小损耗公式、变压器的绝缘尺寸和铁芯形状建立数学模型,数学模型为：
式中Up为原边电压，K是波形系数，f是工作频率，Bm是工作磁通密度，ρc为铁芯密度，ρw是绕组导体的电阻率，n1是原边匝数，n2c是副边层数，η是变压器效率，lp、ls分别是原、副边绕组长度，Sp、Ss分别是原、副边绕组截面积，Po是绕组输出功率；Lw表示磁芯窗口宽度，L1表示原边绕组到铁芯的绝缘距离，L2表示原边绕组每层厚度，L3表示变压器原边副边绝缘距离，L4表示副边绕组每层厚度，L5表示变压器副边到副边的绝缘距离，Vc表示磁芯的体积，Ac表示磁芯截面积，h1表示磁芯窗口高度，Kc、α、β是磁芯材料的损耗常数，δ为铜导体的穿透深度，r0＝dp/1.772，Δ0＝dp/δ，dp表示原边铜箔的厚度，Is表示副边的额定电流；
步骤2：通过变压器数学模型构建遗传算法的优化函数，考虑到数学模型的复杂性，建立双优化函数W1、W2，且W1、W2与效率η正相关：
其中Po表示变压器的输出功率；Up表示原边输入电压；Ac表示磁芯截面积；h1表示磁芯窗口高度；Lw表示磁芯窗口宽度；ρc表示磁芯密度；Kc、α、β是磁芯材料的损耗常数，通过查表获得；f表示变压器的频率；Bm表示变压器的磁通密度；ρw表示铜导体的电阻率；kp-s、kp-x分别表示原边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数；ks-s、ks-x分别表示副边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数；lp、ls分别表示原、副边的绕组长度；Sp、Ss分别表示原、副边的绕组的截面积；Vc表示磁芯的体积；
Lw＝2×(L1+n1×L2+L3+n2c×L4)+L5
Ac＝Up/Kfn1kfBm
步骤3：定义迭代次数及用于优化高频高压变压器的参数，并对待解决问题进行编码；
初始化变压器的原边匝数n1和副边绕组层数n2c及迭代次数N；
n1-min＜n1＜n1-max，n2c-min＜n2c＜n2c-max,N≤Nmax
步骤4：随机初始化群体P(0)＝(p1,p2,p3...pn)；
步骤5：根据目标函数建立适应度函数F，并计算群体上每个个体的适应度值F(i)；
max1＝max(W1)
min1＝min(W1)
max2＝max(W2)
min2＝min(W2)
M1＝1/(max1-min1)
M2＝1/(max2-min2)
则适应度函数F为：F＝(W1-min1)×M1+(W2-min2)×M2；
步骤6：评估适应度,对当前群体P(t)中每个个体pi计算其适应度值F(i)，适应度表示了该个体的性能好坏；采用公式p(i)＝F(i)/sum(F)评估个体的适应度，每一代群体中占的比重越大适应度越高；
步骤7：按由个体适应度值所决定的规则应用选择算子产生中间代Pr(t)；
步骤8：依照Pc选择个体进行交叉操作；
步骤9：依照Pm对繁殖个体进行变异操作；
步骤10：判断终止条件是否满足，如果满足，优化结束，保存结果，如果不满足则返回到步骤5；
判断条件：
若满足条件就结束优化，否则继续迭代，直到达到最大迭代次数；
步骤11：输出种群中适应度值最优的个体。
2.如权利要求1所述的基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其特征在于，所述步骤4的P(0)＝(p1,p2,p3...pn)，n取20～200。
3.如权利要求1所述的基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其特征在于，所述步骤7的选择算子为轮盘式选择算子或随机一致选择算子或锦标赛选择算子。
4.如权利要求1所述的基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其特征在于，所述步骤8的Pc＝0.6～1.0。
5.如权利要求1所述的基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其特征在于，所述步骤9的Pm＝0.005～0.05。
基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着国内工业迅猛发展，使人们生活越来越便利，但随之而来的环境污染问题越来越严重，特别是严重的雾霾天气给我们的健康和出行产生了严重的影响，新的大气排放标准的制定给除尘工业带来了新的要求与机遇。高频高压静电除尘电源在除尘工业中得到越来越广泛的应用，同时对其性能要求也越来越高。
[0003] 高频变压器是整个静电除尘电源的核心部件，但变压器温度过高、散热不及时的异常情况常会发生，特别是高频变压器随着输入的高频化，表现出来的特性与工频变压器大为不同，温度过高不仅会影响变压器的绝缘寿命，严重的甚至影响电网的稳定运行，给人们的生产生活带来不必要的损失，所以必须将高频高压变压器温度控制在一个合理的范围内。由于变压器的自身散热能力有限，因此变压器的优化设计和增加辅助散热装置对于降低变压器温度来讲是必不可少的。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，充分利用高频变压器的漏感和分布电容参与电路的谐振过程，使电源工作在电流断续模式(DCM)下，基于变压器的最小损耗公式、变压器的绝缘尺寸和铁芯形状建立数学模型，以变压器的原边匝数和副边层数为优化变量，以效率为优化目标，采用遗传算法对变压器进行优化，使得变压器的效率最大化，损耗最小化，温升最小化，使变压器运行更加稳定，使用寿命更长。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
[0006] 一种基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1：基于变压器的最小损耗公式、变压器的绝缘尺寸和铁芯形状建立数学模型，数学模型为：
[0008]
[0009] 式中Up为原边电压，K是波形系数，f是工作频率，Bm是工作磁通密度，ρc为铁芯密度，ρw是绕组导体的电阻率，n1是原边匝数，n2c是副边层数，η是变压器效率，lp、ls分别是原、副边绕组长度，Sp、Ss分别是原、副边绕组截面积，Po是绕组输出功率；
[0010] 步骤2：通过变压器数学模型构建遗传算法的优化函数，考虑到数学模型的复杂性，建立双优化函数W1、W2，且W1、W2与效率η正相关：
[0011]
[0012]
[0013] 其中Po表示变压器的输出功率；Up表示原边输入电压；Ac表示磁芯截面积；h1表示磁芯窗口高度；Lw表示磁芯窗口宽度；ρc表示磁芯密度；Kc、α、β是磁芯材料的损耗常数，通过查表获得；f表示变压器的频率；Bm表示变压器的磁通密度；ρw表示铜导体的电阻率；kp-s、kp-x分别表示原边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数；ks-s、ks-x分别表示副边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数；lp、ls分别表示原、副边的绕组长度；Sp、Ss分别表示原、副边的绕组的截面积；Vc表示磁芯的体积；
[0014] Lw＝2×(L1+n1×L2+L3+n2c×L4)+L5
[0015] Ac＝Up/Kfn1kfBm
[0016] 步骤3：定义迭代次数及用于优化高频高压变压器的参数，并对待解决问题进行编码；初始化变压器的原边匝数n1和副边绕组层数n2c及迭代次数N；
[0017] n1-min＜n1＜n1-max，n2c-min＜n2c＜n2c-max，N≤Nmax
[0018] 步骤4：随机初始化群体P(0)＝(p1，p2，p3…pn)；
[0019] 步骤5：根据目标函数建立适应度函数，并计算群体上每个个体的适应度值(F)；
[0020] max1＝max(W1)
[0021] min1＝min(W1)
[0022] max2＝max(W2)
[0023] min2＝min(W2)
[0024] M1＝1/(max1-min1)
[0025] M2＝1/(max2-min2)
[0026] 则适应度函数为：F＝(W1-min1)×M1+(W2-min2)×M2；
[0027] 步骤6：评估适应度，对当前群体P(t)中每个个体pi计算其适应度F(i)，适应度表示了该个体的性能好坏；采用公式p(i)＝F(i)/sum(F)评估个体的适应度，每一代群体中占的比重越大适应度越高；
[0028] 步骤7：按由个体适应度值所决定的规则应用选择算子产生中间代Pr(t)；
[0029] 步骤8：依照Pc选择个体进行交叉操作；
[0030] 步骤9：依照Pm对繁殖个体进行变异操作；
[0031] 步骤10：判断终止条件是否满足，如果满足，优化结束，保存结果，如果不满足则返回到步骤5；
[0032] 判断条件：
[0033] 若满足条件就结束优化，否则继续迭代，直到达到最大迭代次数；
[0034] 步骤11：输出种群中适应度值最优的个体。
[0035] 本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
[0036] 前述基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其中步骤4的P(0)＝(p1，p2，p3…pn)，n取20～200。
[0037] 前述基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其中步骤7的选择算子为轮盘式选择算子或随机一致选择算子或锦标赛选择算子。
[0038] 前述基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其中步骤8的Pc＝0.6～1.0。
[0039] 前述基于遗传算法的高频高压变压器设计优化方法，其中步骤9的Pm＝0.005～0.05。
[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种高频高压变压器的设计优化方法，将高频高压变压器的分布参数整合到整个电源系统中进行优化设计的，大大提高了高频高压变压器的利用效率，采用遗传优化算法，解决变压器各参数之间的强耦合问题，在变压器各参数之间的强耦合性和动态性的特征上综合寻优，大大提高了变压器的运行效率，变压器温升明显下降，变压器运行更加稳定，使用寿命更长。附图说明
[0043] 图3是高频高压变压器设计优化流程图；
[0044] 图4是超微晶铁芯的结构尺寸示意图；
[0045] 图5是遗传算法优化流程图。
具体实施方式
[0046] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0047] 与工频变压器相比，高频高压变压器具有高频化与高压化的特点，其中高频化给变压器带来严重的问题，高频高压变压器的设计必须还要兼顾高频化带来的磁芯损耗、分布参数、邻近效应以及集肤效应等问题，在工频变压器设计中，这些问题都可以忽略不计。
[0048] 如图1和图2所示，本发明提出的一种高频高压变压器的设计优化方法，将高频高压变压器的分布参数整合到整个电源系统中进行优化设计。本电源系统采用了LCC谐振原理，将变压器的漏感和分布电容参与到电路谐振中，使电源工作于电流断续模式fs＜1/2fr(fs为开关频率，fr为谐振固有频率)，从而使得开关管工作于零电压开通零电流关断，其中[0049]
[0050] 式中Ls——变压器折算到原边的漏感；
[0051] Cs——系统的谐振电容；
[0052] Cp——变压器折算到原边的电容。
[0053] 根据电源系统的设计要求可以知道变压器的频率，通过频率来分析变压器的漏感及分布电容，并在变压器设计中调整变压器的漏感与分布电容的大小。
[0054] 所述的串并联谐振电路特征在于充分利用变压器的漏感Ls和分布电容Cp参与到电源系统的工作中，构成LCC谐振电路，减少变压器的损耗，从而降低温升，。
[0055] 如图3所示，为应用在静电除尘上的基于高频高压变压的设计流程图，具体步骤为：
[0056] 1)根据电源系统的设计要求，分析高频高压变压器的分布参数
[0057] 本电源系统采用了LCC谐振原理，将变压器的漏感和分布电容参与到电路谐振中，使电源工作于电流断续模式fs＜1/2fr(fs为开关频率，fr为谐振固有频率)，从而使得开关管工作于零电压开通零电流关断，其中
[0058]
[0059] 式中Ls——变压器折算到原边的漏感；
[0060] Cs——系统的谐振电容；
[0061] Cp——变压器折算到原边的电容。
[0062] 2)根据要求，确定原副边绕组匝比，确定原副边额定电流。为了能够达到输出电压的要求，在设计时将匝比确定在一定的范围内。
[0063]
[0064] 由除尘系统的预期功率P0，计算变压器的容量：
[0065]
[0066] 式中η——变压器的效率。
[0067] 则变压器原边绕组的额定电流为：
[0068]
[0069] 3)选择磁芯材料及铁芯结构形式
[0070] 双极性开关电源变压器要求磁性材料具有高的磁感应强度和动态磁导率，较低的高频损耗，常用的材料有：坡莫合金、铁氧体磁芯、非晶合金和超微晶合金。本发明的高频高压变压器是用在静电除尘上面的高频高压大功率变压器，所选铁芯为0.8mil(密尔)厚的超微晶磁芯(非晶合金)。
[0071] 4)计算铁芯截面积和铁芯尺寸
[0072] 变压器视在功率Pt的确定：
[0073] Pt＝Sn (1-5)
[0074] 则磁芯的功率处理能力与面积积Ap的关系可以通过下面的公式表示：
[0075]
[0076] 式中K——波形系数；
[0077] ku——窗口利用系数；
[0078] Bm——磁通密度；
[0079] J——电流密度；
[0080] Wa——铁芯骨架窗口面积；
[0081] Ac——铁芯截面积。
[0082] 本发明所述铁芯的尺寸为：270*170*60*60，即铁芯窗口面积为270*170，铁芯截面积为60*60，如图4所示。
[0083] 5)确定原副边绕组匝数
[0084] 在已知频率，确定磁芯的截面和磁密后由下式求出变压器原边绕组匝数：
[0085]
[0086] 然后再由n2＝n*n1求出变压器副边绕组匝数。
[0087] 根据上式可知，具有n个绕组的变压器所有绕组的电压电流乘积之和为：
[0088]
[0089] 令ku为变压器铁芯窗口的利用系数，即所有绕组导体有效导电面积之和Wc与铁芯整个窗口面积Wa之比。
[0090]
[0091] 其中Awi为第i绕组导体的截面积，则每一绕组导线的电流密度为Ji，则Ji＝Ii/Awi[0092] 假设每个绕组导体中的电流密度J相同，将(1-8)式和(1-9)式合并，则：
[0093]
[0094] 定义磁芯面积积为Ap，即变压器铁芯的铁芯截面积和铁芯窗口面积的乘积Ap＝AcWa，则：
[0095] ∑VA＝KfBmkfJkuAp (1-11)
[0096] 6)绕组及主从绝缘结构设计
[0097] 由于油浸式电力变压器中，高压与低压绕组之间和各相之间以及绕组对铁芯、绕组对邮箱基本上属于比较均匀的电场，所以他们的主绝缘均采用油进行屏障绝缘结构，其中包括绕组间的绝缘筒、绕组端部的角环和相间隔板等。根据相邻带电导体之间的电位差和绝缘材料的抗电性能，确定原边绕组到铁芯的绝缘距离L1，原边绕组每层厚度(包括绝缘距离)L2，变压器原边副边绝缘距离L3，副边绕组每层厚度(包括绝缘距离)L4设副边的绕组层数为n2c，变压器副边到副边的绝缘距离L5，其中本发明中，原边层间采用两层点胶纸，副边层间采用一层点胶纸，点胶纸厚度为0.08mm。
[0098] 设变压器铁芯的窗口宽度为Lw，变压器的几何结构方程组(一般超微晶铁芯材料的截面积为方形)可表述如下
[0099]
[0100] 7)原副边绕组设计：由于在高频线路中，存在着集肤效应，高频高压变压器的电流密按下式求取：
[0101] 以上述J值(此处频率单位为kHz，为10kHz可取系数2.5)算出线规。再根据原、副边的额定电流计算原、副边绕组的裸导线截面积：
[0102]
[0103] 设δ为铜导体的穿透深度，则
[0104] 式中ρw——绕组导体的电阻率；
[0105] μ——导体的磁导率，此处取真空磁导率μ0。
[0106] 一般条件下，原、副边绕组应采用厚度(或直径)小于2倍铜导体的穿透深度的铜箔(或圆导线)，据此可确定原边铜箔的厚度dp。
[0107] 则原边铜箔高度为：
[0108] 副边绕组导线直径为：
[0109] 本发明中一次侧绕组采用的是铜箔，规格为0.5×186，二次侧绕组采用的是三防铜导线，规格是φ0.85。
[0110] 8)核算铁芯窗口面积，如果铁芯窗口满足要求，则执行步骤(9)，否则回到步骤(4)应用下式校核窗口面积，确定绕组能否绕下：
[0111] Sd1n1+Sd2n2≤0.2Di2 (1-18)
[0112] 式中Sd1、Sd2——一二次侧导线截面积；
[0113] Di——磁芯窗口宽度。
[0114] 9)计算原副边绕组的铜耗，如果铜耗满足要求，则执行步骤(10)，否则回到步骤(7)变压器绕组的铜耗可表示如下：
[0115]
[0116] 其中ρw和MLT分别表示绕组导体的电阻率和每匝绕组的平均长度，Awi为第i绕组导线的截面积。则绕组体积为Vw＝MLT×Wa，绕组导体的有效导电体积为Vw×ku，则：
[0117] Pcu＝ρwVwkuJ2 (1-20)
[0118] 各绕组铜耗由下式计算：Pcu.i＝Ii2Rac.i (1-21)
[0119] 式中Pcu.i——各绕组的铜耗；
[0120] Rac.i——各绕组的交流电阻；
[0121] Ii——各绕组电流的有效值。
[0122] 设原边绕组平均匝长为MLTp，kp-s和kp-x为原边绕组的集肤效应系数和邻近效应系数，
[0123] 则：
[0124] 式中ρw——绕组导体电阻率；
[0125]
[0126]
[0127] r0＝dp/1.772 (1-25)
[0128] Δ0＝dp/δ (1-26)
[0129] 原边绕组铜耗为：Pp-cu＝2Ip2Rac-p (1-27)
[0130] 同理可得副边绕组交流电阻为：
[0131]
[0132] 式中MLTs——副边绕组平均匝长；
[0133] ks-s、ks-x——副边绕组的集肤效应系数和邻近效应系数；
[0134]
[0135]
[0136] r1＝ds/2 (1-31)
[0137] Δ1＝ds/δ (1-32)
[0138] n2c为副边绕组层数。
[0139] 副边绕组铜耗为：Ps-cu＝2Is2Rac-s (1-33)
[0140] 变压器总铜耗为：Pcu＝Pp-cu+Ps-cu (1-34)
[0141] 10)计算铁芯损耗，如果铁芯损耗满足要求，则执行步骤(11)，否则回到步骤(3)单位质量的铁芯损耗公式为：
[0142] W/kg(瓦特/kg)＝KcfαBmβ (1-35)
[0143] 式中Kc、α、β——铁芯材料给定的损耗常数(通过查表获得)；
[0144] f——单位为Hz。
[0145] 则铁芯损耗为：Pfe＝mKcfαBmβ＝ρcVcKcfαBmβ (1-36)
[0146] 变压器总损耗为：P∑＝Pcu+Pfe (1-37)
[0147] 将公式(1-11)代入公式(1-20)消去电流密度J，则
[0148]
[0149] 由公式(1-36)可简化为
[0150] Pfe＝bfαBmβ (1-39)
[0151] 则总损耗为
[0152] 当频率f给定时，对公式(1-40)中的磁密Bm求偏导数，并令其等于0，即[0153]
[0154] 解得，当 时，变压器的损耗最小，及变压器的效率最高，在同等条件下温升最小。
[0155]
[0156] 11)基于变压器的最小损耗公式、变压器的绝缘尺寸和铁芯形状建立数学模型，以原边匝数和副边层数为优化变量，效率为优化目标，采用遗传算法对变压器进行优化，若符合要求，执行步骤(12)，否则回到步骤(3)，优化方程：
[0157] 将公式(1-3)、(1-4)代入式(1-27)，将式(1-27)、(1-33)、(1-23)、(1-24)、(1-29)、(1-30)代入方程(1-34)得
[0158]
[0159] 将方程(1-36)、(1-43)代入公式(1-42)得
[0160]
[0161] 由公式(1-40)和(1-42)得
[0162]
[0163] 将式(1-43)代入式(1-45)得
[0164]
[0165] 将方程(1-7)、(1-44)、(1-46)和变压器的结构方程组(1-12)联立得
[0166]
[0167] 方程组(1-47)中有五个方程六个未知数Lw、Ac、n1、Vc、η、n2c，其中原边匝数n1、副边层数n2c和变压器效率η取值在一定范围内，基于方程组建立优化函数：
[0168]
[0169] η(n1，n2c，Lw，Ac，Vc)为目标函数；
[0170] Gi(n1，n2c)＜0为m个不等式约束条件，如受功率和成本所限原边匝数n1在一定范围内等；
[0171] Hj(n1，n2c)＝0为s个等式约条件，如磁芯有效体积、窗口宽度计算公式等。
[0172] 以原边匝数n1、副边层数n2c为优化变量，变压器效率η为优化目标，采用遗传函数对变压器进行优化，使变压器的效率最大化，本方程组是基于变压器的最小损耗方程建立的，同等条件下也就意味着变压器的温升最小。
[0173] 本发明中经过遗传算法优化寻优，当原边匝数n1＝7、副边层数n2c＝10时，变压器的效率最大，与本发明中的高频高压变压器实际参数吻合。
[0174] 12)确定变压器的分布参数，如果漏感、分布电容满足条件执行步骤(13)，否则回到步骤(1)；
[0175] 折算到变压器原边漏感Lr计算公式：
[0176]
[0177] 式中MTL——绕组的平均匝长；
[0178] h——绕组的高度；
[0179] b——原边绕组厚度；
[0180] c——原、副边绕组间距；
[0181] d——副边绕组厚度。
[0182] 折算到变压器原边漏感Cp计算公式：
[0183] 13)变压器的温升分析和散热设计
[0184] 对流散热计算：
[0186] Qk＝2.5Q11.25(W/m2) (1-50)
[0187] 式中Qk——单位表面积的自然对流散热量，W/m2；
[0188] Q1——温升，K。
[0189] 另外，在对流散热方面，油的冷却效率叫空气高很多，例如当温度升为5K时，油的对流散热系数为65W/m2·℃，而空气为3.74W/m2·℃。油因对流散热在单位面积上所散出的热量可用下列经验公式来计算：
[0190] Qk＝38Q11.25(W/m2) (1-51)
[0192] 根据实验及辐射定律，通过辐射从箱壁散入空气中的热量与辐射体温度及周围物体(或空气)温度间的关系为：
[0193]
[0194] 式中qλ——温差为1摄氏度时，由辐射体单位表面上辐射出的热量；
[0195] T1、T2——辐射体及空气或周围物体的绝对温度(K)，即：
[0196] T1＝273+t1，T2＝273+t2；
[0197] C——常数，与辐射物体的表面情况有关，对变压器油箱可采用
[0198] C＝5W/m2·K。
[0199] 为了计算方便，根据实验可将上式简化为：
[0200]
[0201] 式中Q1＝T1-T2，即邮箱壁表面温度(T1)与周围空气温度(T2)之差。
[0202] 对油浸式变压器而言，从邮箱全部表面上辐射出的热量为：
[0203] Qn＝qλQ1Fλ(W) (1-54)
[0204] 式中Fλ——油箱辐射表面积，(m2)，当油箱是平滑油箱时为全部外表面积；当油箱是管式油箱或冷却器油箱时则为外周界。
[0205] 将式 代入上式可得：
[0206]
[0207] 因此，可得变压器的总散热量为：
[0208] Q＝Qk+Qn＝2.5Q11.25Fk+2.8Q11.25Fλ＝(2.5Fk+2.8Fλ)Q11.25(W) (1-56)[0209] 式中Qk——对流散热量；
[0210] Fλ——对流散热面积。
[0211] 因为变压器总的散热面积为对流散热面积加辐射散热面积，即：
[0212] F＝Fk+Fλ (1-57)
[0213] 简化式得总散热量为：Q＝C1FQ11.25 (1-58)
[0214] 散热系数C1与温度有关，但是在变压器运行温度范围变化不大时其影响可以忽略不计。
[0215] 14)确定油箱尺寸和冷却装置
[0218] 在变压器温升计算中，通常将磁芯损耗和绕组损耗合并在一起，即P∑＝Pcu+Pfe，并假设热量通过磁芯和绕组的整个表面积均匀消散，则温升近似为：
[0219]
[0220] 其中Δt为允许温升；
[0221] P∑为变压器总损耗；
[0224] St为变压器的总表面积。
[0226] 16)变压器重量的计算和外形尺寸绘制；
[0227] 17)变压器材料选择和变压器装配。
[0228] 如图5所示，为遗传算法优化流程图，具体步骤如下：
[0229] 步骤1：通过变压器数学模型构建遗传算法的优化函数，考虑到数学模型的复杂性，建立双优化函数W1、W2，且W1、W2与效率η正相关：
[0230]
[0231]
[0232] 其中Po表示变压器的输出功率；Up表示原边输入电压；Ac表示磁芯截面积；h1表示磁芯窗口高度；Lw表示磁芯窗口宽度；ρc表示磁芯密度；Kc、α、β是磁芯材料的损耗常数，通过查表获得；f表示变压器的频率；Bm表示变压器的磁通密度；ρw表示铜导体的电阻率；kp-s、kp-x分别表示原边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数；ks-s、ks-x分别表示副边绕组的集肤效应系数与邻近效应系数；lp、ls分别表示原副边的绕组长度；Sp、Ss分别表示原副边的绕组的截面积；Vc表示磁芯的体积。
[0233] Lw＝2×(L1+n1×L2+L3+n2c×L4)+L5
[0234] Ac＝Up/Kfn1kfBm
[0235] 步骤2：定义迭代次数及用于优化高频高压变压器的参数，并对待解决问题进行编码；
[0236] 初始化变压器的原边匝数n1和副边绕组层数n2c及迭代次数N。
[0237] n1-min＜n1＜n1-max，n2c-min＜n2c＜n2c-max，N≤Nmax
[0238] 步骤3：随机初始化群体P(0)＝(p1，p2，p3…pm)，一般情况下N＝20～200；
[0239] 步骤4：根据目标函数建立适应度函数，并计算群体上每个个体的适应度值(F)；
[0240] max1＝max(W1)
[0241] min1＝min(W1)
[0242] max2＝max(W2)
[0243] min2＝min(W2)
[0244] M1＝1/(max1-min1)
[0245] M2＝1/(max2-min2)
[0246] 则适应度函数为：F＝(W1-min1)×M1+(W2-min2)×M2
[0247] 步骤5：评估适应度，对当前群体P(t)中每个个体pi计算其适应度F(i)，适应度表示了该个体的性能好坏；采用用公式p(i)＝F(i)/sum(F)评估个体的适应度，每一代群体中占的比重越大适应度越高。
[0248] 步骤6：按由个体适应度值所决定的某个规则应用选择算子产生中间代Pr(t)；
[0249] 步骤7：依照Pc选择个体进行交叉操作，一般情况下取Pc＝0.6～1.0；
[0250] 步骤8：依照Pm对繁殖个体进行变异操作；一般取Pm＝0.005～0.05；
[0251] 步骤9：判断终止条件是否满足，如果满足，优化结束，保存结果，如果不满足则返回到步骤4；
[0252] 判断条件：
[0253] 若满足条件就结束优化，否则继续迭代，直到达到最大迭代次数。
[0254] 步骤10：输出种群中适应度值最优的个体。
[0255] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
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