本發明涉及變壓器，尤其涉及一種高頻變壓器的溫度預測方法及裝置。

背景技術：

1、高功率密度直流-直流轉換器在中低壓直流配電和新能源發電領域有著廣泛的應用。作為直流變換器中電壓轉換和能量傳輸的關鍵部件，高頻變壓器的體積和損耗直接決定了電氣設備的功率密度和傳輸效率。在相同功率等級條件下，llc諧振電路中采用納米晶鐵芯制成的高頻變壓器與雙有源橋（dab）變流器中采用硅鋼片制成的低頻變壓器相比，質量和體積減少了約85%。與工頻電力變壓器相比，使用高飽和磁性材料的磁芯結構具有體積小、功率密度高等優點。

2、然而變壓器的鐵芯材料和繞組內部會產生高頻渦流效應和更強的寄生效應，從而導致損耗增加，而磁芯的磁滯和渦流損耗，以及線圈通電時由于電阻和渦流效應造成的繞組損耗是高頻變壓器發熱的主要原因。在高頻和大容量條件下，高頻變壓器的散熱面積大大縮小，導致散熱困難，溫升嚴重，因此合理的熱管理至關重要。溫升的預測既能間接反映高頻變壓器磁性元件的損耗特性，同時也能作為衡量變壓器是否能夠長期穩定運行的標準。目前，高頻變壓器的溫度場建模方法主要包括經驗公式法、數值計算法、人工智能算法和熱網絡建模法。

3、作為傳統的變壓器溫升預測方法，經驗公式法沒有考慮變壓器多物理場耦合和內部復雜結構的影響，同時無法滿足大功率、高頻率變壓器對溫升計算精度的要求。數值計算方法采用有限元法和有限體積法等數值模型能有效表征溫度場分布，但現有研究大多基于二維和三維簡化模型來分析變壓器周圍的溫度場和流體場，難以全面反映高頻變壓器的多物理場分布，也難以兼顧計算精度和計算成本。人工智能算法在進行復雜映射關系的提取需要基于大量的訓練樣本，而運行中的變壓器很少配置熱點溫度測量裝置，因此較難獲得足夠多的變壓器內部狀態信息來滿足機器學習算法的復雜映射關系。

4、熱網絡建模法雖然合理地分析了不同邊界的散熱條件和熱點分布，但無法準確表征磁芯內的熱流路徑，尤其是導熱系數各向異性的層疊帶材邊角區域，存在散熱面積和熱傳導路徑重復計算的問題。

技術實現思路

1、本發明實施例提供了一種高頻變壓器的溫度預測方法及裝置，以解決現階段高頻變壓器的溫度預測方法存在局限性，導致溫度預測不準確的問題。

2、第一方面，本發明實施例提供了一種高頻變壓器的溫度預測方法，包括：

3、獲取目標高頻變壓器的溫度場參數；

4、根據溫度場參數計算初始磁芯損耗和初始繞組損耗；

5、將初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度；

6、基于各節點的初始溫度，對初始磁芯損耗和初始繞組損耗進行修正，并將修正后的初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，以重新計算各節點的溫度；

7、當各節點的溫度滿足預設條件后，得到目標高頻變壓器的各電磁部件的溫度預測值。

8、在一種可能的實現方式中，基于各節點的初始溫度，對初始磁芯損耗和初始繞組損耗進行修正，包括：

9、基于各節點的初始溫度，計算對流熱阻和輻射熱阻；

10、根據對流熱阻和輻射熱阻，對初始磁芯損耗和初始繞組損耗進行修正。

11、在一種可能的實現方式中，根據對流熱阻和輻射熱阻，對初始磁芯損耗和初始繞組損耗進行修正，包括：

12、基于對流熱阻和輻射熱阻，計算其對應的各節點的當前溫度；

13、根據各節點的當前溫度，確定當前損耗參數和當前電導率；

14、當前損耗參數，對初始磁芯損耗進行修正；

15、根據當前電導率對初始繞組損耗進行修正。

16、在一種可能的實現方式中，基于各節點的初始溫度，計算對流熱阻和輻射熱阻，包括：

17、基于各節點的初始溫度，確定相應的對流熱傳遞系數和溫度差；

18、根據對流熱傳遞系數，計算對流熱阻；

19、根據溫度差和各節點的初始溫度，計算輻射熱阻。

20、在一種可能的實現方式中，將初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度，包括：

21、在預先構建的熱網絡模型中，根據預先構建的熱網絡模型的結構、初始磁芯損耗和初始繞組損耗，計算等效熱阻；

22、根據等效熱阻，確定預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度。

23、在一種可能的實現方式中，該方法還包括：

24、當各節點的溫度不滿足預設條件時，返回將初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度的步驟。

25、在一種可能的實現方式中，預設條件為：

26、當前各節點的溫度與上一次計算的到的各節點的溫度之差小于預設閾值。

27、在一種可能的實現方式中，預先構建的熱網絡模型基于目標高頻變壓器的三維結構及傳熱路徑構建；

28、預先構建的熱網絡模型為目標高頻變壓器的四分之一模型。

29、在一種可能的實現方式中，溫度場參數包括熱阻、熱流、溫度差、熱導率和熱容。

30、第二方面，本發明實施例提供了一種高頻變壓器的溫度預測裝置，包括：

31、采集模塊，用于獲取目標高頻變壓器的溫度場參數；

32、損耗計算模塊，用于根據溫度場參數計算初始磁芯損耗和初始繞組損耗；

33、溫度計算模塊，用于將初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度；

34、修正模塊，用于基于各節點的初始溫度，對初始磁芯損耗和初始繞組損耗進行修正，并將修正后的初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，以重新計算各節點的溫度；

35、預測模塊，用于當各節點的溫度滿足預設條件后，得到目標高頻變壓器的各電磁部件的溫度預測值。

36、本發明實施例提供一種高頻變壓器的溫度預測方法及裝置，考慮到現階段各種預測算法的局限性，本實施例選用熱網絡建模法作為基礎，考慮到高頻變壓器工作時溫升是由磁芯損耗以及繞組損耗引起的，因此，將磁芯損耗和繞組損耗作為初始計算參數，輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到各節點的溫度。然后，考慮到熱網絡建模法存在散熱面積和熱傳導路徑重復計算的問題，本實施例基于各節點的溫度對初始磁芯損耗以及初始繞組損耗進行修正，并基于修正后的磁芯損耗以及繞組損耗再次計算各節點的溫度，以提高計算的準確性。最后，將滿足預設條件的各節點溫度作為目標高頻變壓器的溫度預測值。可見，本發明實施例能夠克服傳統方法由于建模不準確，且條件過多的缺點導致的高頻變壓器不準確的問題，提供一種準確有效的高頻變壓器的溫度預測方法。

技術特征：

1.一種高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述基于所述各節點的初始溫度，對所述初始磁芯損耗和所述初始繞組損耗進行修正，包括：

3.根據權利要求2所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述根據所述對流熱阻和所述輻射熱阻，對所述初始磁芯損耗和所述初始繞組損耗進行修正，包括：

4.根據權利要求2所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述基于所述各節點的初始溫度，計算對流熱阻和輻射熱阻，包括：

5.根據權利要求1所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述將所述初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到所述預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度，包括：

6.根據權利要求1所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述方法還包括：

7.根據權利要求1所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述預設條件為：

8.根據權利要求1所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述預先構建的熱網絡模型基于所述目標高頻變壓器的三維結構及傳熱路徑構建；

9.根據權利要求1所述的高頻變壓器的溫度預測方法，其特征在于，所述溫度場參數包括熱阻、熱流、溫度差、熱導率和熱容。

10.一種高頻變壓器的溫度預測裝置，其特征在于，包括：

技術總結
本發明提供一種高頻變壓器的溫度預測方法及裝置，屬于變壓器領域。該方法包括：獲取目標高頻變壓器的溫度場參數；根據溫度場參數計算初始磁芯損耗和初始繞組損耗；將初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，得到預先構建的熱網絡模型中各節點的溫度；基于各節點的初始溫度，對初始磁芯損耗和初始繞組損耗進行修正，并將修正后的初始磁芯損耗和初始繞組損耗輸入到預先構建的熱網絡模型中，以重新計算各節點的溫度；當各節點的溫度滿足預設條件后，得到目標高頻變壓器各電磁部件的溫度預測值。本發明能夠克服傳統方法由于建模不準確，且條件過多導致的高頻變壓器不準確的問題，提供一種準確有效的高頻變壓器的溫度預測方法。

技術研發人員：王麗麗,高樹國,代璐健,劉浩宇,相晨萌,趙軍,邢超,張天悅
受保護的技術使用者：國網河北省電力有限公司電力科學研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28