電化學整流電源電聯接方案的優化設計

對于三相橋式整流電路：

UF（AV）=Udio

Ir(AV)=Ir

其中：Udio為所設計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）快速熔斷器損耗計算

對整流臂數m，每臂并聯支路數為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為快速熔斷器冷態電阻；

t0可按20℃計算；

t風冷時取120℃，水冷取75℃；

α為電阻溫度修正系數取0.0035/℃。

根據上述三部分損耗的描述，所以優化模型為：

f(x)=ΔWGZ＋ΔWGF＋ΔWGR（7）

2.3優化算法的確定

通過對以上優化模型的分析，搜索空間為離散空間，且模型本身并不復雜，所以采用離散系統最小值原理的優化算法是比較合適的。具體在已知優化模型基礎上如何轉化成優化目標函數的方法，文獻[3]中敘述的比較詳細。

優化的約束條件為，目標函數中的相關設計系數以及理想空載直流電壓Udio和輸出直流電流Id等設計要求，這部分函數的推導可以參見電化學整流電源電氣計算的相關文獻。

針對所研究的問題，優化的最終目標是搜索最佳并聯支路數，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化域為一般并聯支路數的數目，即D={0,1,…nb}。

3實例分析

一臺30kA×3/546V的電化學整流裝置，主要原始數據及設計要求如下（主要列出與上面損耗計算中相關的參數）：

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：KAi≥2.5；

均流系數：KI≥0.85。

按常規設計，在價格、可靠性滿足要求的情況下，則選用當前最大承載電流的整流二極管。表1為常規設計與優化設計結果的比較。

顯然，采用8只器件并聯，使整流效率提高了約0.02％，大大節約了電能。

4結語

（1）通過在設計過程中引入優化的思想，克服了以往完全依賴經驗公式的設計方法，使設計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，方案設計的多樣性也越來越突出，優化設計方法更能體現出它的優勢。

（3）通過完善優化目標函數（效率），可以進一步提高優化的效果。但對電化學整流裝置來說，如果能從拓撲結構上進行分析，整流裝置的性能會得到進一步的提高。

（4）這種優化思想也可以應用于其它電力電子變換裝置。