【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及新能源并網，尤其涉及一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法。
技術介紹
1、隨著能源轉型與信息技術的飛速發展，高頻、高效、高功率密度的電能變換技術成為關鍵支撐。特別是在新能源并網、數據中心高效供電及電動汽車充電等領域，磁性元件的性能直接決定了系統效能與成本。然而，高頻交變磁通作用下磁性元件的磁芯損耗會因材料復雜性與多變量耦合而難以精確預測，現有模型難以滿足實際需求。
2、通過系統采集多種磁芯材料在廣泛溫度、頻率及磁通密度條件下的損耗數據，結合電磁場理論與數據處理技術，探索磁芯損耗的非線性規律，為實現磁性元件的優化設計與高效能應用提供堅實理論與技術支持。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，通過系統采集多種磁芯材料在廣泛溫度、頻率及磁通密度條件下的損耗數據，結合電磁場理論與數據處理技術，以實現磁性元件的優化設計與高效能應用。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，包括如下步驟：
4、步驟一：根據最優化設計定義目標函數，其中目標函數1是最小化磁芯設計，目標函數2是最大化傳輸磁能；
5、步驟二：決定決策變量，在該目標函數中包含五個：溫度、頻率、磁通密度峰值、磁芯材料、勵磁波形；
6、步驟三：決定約束條件，包括：物理和工程
7、步驟四：運算出每個決策變量是如何單獨滿足最小化磁芯損耗和最大化傳輸磁能的；
8、步驟五：根據粒子群優化算法運算出滿足磁性元件最優化設計的整體條件。
9、優選地，在步驟一中，磁芯損耗通常指在磁性材料中由于磁滯效應、渦流效應和其他因素導致的能量損失。這個損耗可以通過不同的模型進行預測，其中常用的模型包括改進的斯坦麥茨方程。該目標函數1可以表示為：
10、l(t,f,bm,waveform,material)＝k1(material)·fα1·bmβ1·c(t)?(1)
11、其中，l是磁芯損耗(w/m3)，t是溫度(℃)，f是頻率(hz)，bm是磁通密度峰值(t)，waveform是勵磁波形類型(如正弦波、三角波、梯形波)，material是磁芯材料類型(如材料1、材料2等)，k1(material)是不同材料的損耗參數，通常通過實驗數據獲得，c(t)是溫度修正系數。
12、最小化磁芯損耗的目標是降低磁性元件在特定操作條件下的能量損失，從而提高能效。通過優化條件(如溫度、頻率、波形和磁通密度)，電力轉換器的整體效率將得到提升。這不僅有助于減少能源消耗，還能延長設備的使用壽命，提高其可靠性，從而為應用于高效能設備的設計提供更好的理論支持。
13、其中，目標函數2：最大化傳輸磁能
14、傳輸磁能是指在特定條件下，磁性材料能夠傳輸的能量。由于傳輸磁能的概念比較復雜，這里采用一個簡化的表示方法：
15、e(f,bm)＝f·bm??????????????(2)
16、其中，e是傳輸磁能(w)，f是頻率(hz)，bm是磁通密度峰值(t)。
17、通過最大化傳輸磁能，可以實現提高效率，確保能量損失最小化，提升整體系統的工作效率。同時，提供了明確的優化方向，指導在特定條件下選擇最佳的頻率和磁通密度，最終有助于優化磁性元件的設計。
18、而在實際優化中，需要將這兩個目標結合起來，形成一個多目標優化模型。通常，目標是：
19、minl(t,f,bm,waveform,material),maxe(f,bm)(3)
20、為了處理這兩個目標函數，可以采用權重法、pareto優化等方法，將它們合并成一個單一的目標函數。例如，可以定義一個綜合目標函數：
21、z＝ω1·l-ω2·e(4)
22、其中，ω1和ω2是損耗和傳輸磁能的權重，表示不同目標的重要性。通過調整權重，可以在實際應用中靈活地平衡磁芯損耗和傳輸磁能之間的關系。通過圖1可以很好地展示傳輸磁能與頻率、磁通密度峰值的三維關系。
23、優選地，在步驟二中，分別先對五個決策變量進行雙目標函數的運算，得出各自滿足的條件。
24、優選地，在步驟三中，最終得到模型為：
25、
26、其中，ω1和ω2是損耗和傳輸磁能的權重，調節兩者之間的重要性。
27、使得
28、
29、其中，bm是磁通密度峰值，ω1、ω2是損耗和傳輸磁能的權重，調節兩者之間的重要性。
30、優選地，在步驟五中，將遺傳算法與粒子群算法進行比較，運用更優算法尋求滿足磁性元件最優化的整體條件。
31、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
32、1、本專利技術通過系統采集多種磁芯材料在廣泛溫度、頻率及磁通密度條件下的損耗數據，結合電磁場理論與數據處理技術，以實現磁性元件的優化設計與高效能應用。
33、2、本專利技術通過創新的建模和優化方案，能夠有效減小磁芯損耗、增大傳輸磁能，并確優化模型的合理性和有效性。
34、3、本專利技術利用自適應差分進化算法和粒子群算法，通過python實現雙目標優化問題，即最小磁芯損耗和最大傳輸磁能問題。
35、4、本專利技術通過優化最小磁芯損耗和最大傳輸磁能問題，在溫度、頻率、波形、材料、磁通密度等決策變量下，找到最佳的條件，為實現磁性元件的優化設計與高效能應用提供堅實理論與技術支持。
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1.一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，在步驟一中，目標函數1表示為：
3.根據權利要求1所述的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，在步驟三中，最終得到模型為：
4.根據權利要求1所述的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，在步驟二中，分別先對五個決策變量進行雙目標函數的運算，得出各自滿足的條件。
5.根據權利要求1所述的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，在步驟五中，將遺傳算法與粒子群算法進行比較，運用更優算法尋求滿足磁性元件最優化的整體條件。
【技術特征摘要】
1.一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，在步驟一中，目標函數1表示為：
3.根據權利要求1所述的一種基于雙目標函數最小磁芯損耗和最大傳輸磁能的優化方法，其特征在于，在步驟三中，最終得到模型為：
<...【專利技術屬性】
技術研發人員：陸海華，賀麗穎，董徐艷，吳承剛，顏鳳秀，
申請(專利權)人：南通大學，
類型：發明
國別省市：
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