随着电力电子变换器在中高压交直流输电网中应用的不断深入，对高频变压器的开发与研究方兴未艾。高频变压器作为电力电子变换器等功率变换装备的核心部件，其优化设计是实现高功率密度、高效率和高可靠性的重要环节。

如今，高频变压器已成为交直流混合配电网、电力牵引和电力电子变换器等功率变换领域的核心部件，起着电压转换与隔离等非常关键的作用，并广泛应用于光伏发电、海上风电等新能源直流汇集系统和铁路电气牵引系统，因而对全面评估损耗、绝缘、漏感等指标提出了更加严苛的要求。

图1 高频变压器结构的设计方案

为有效解决高频条件下显著的涡流效应和复杂紧凑的结构使变压器损耗难以准确计算、针对绝缘设计裕量不足的问题，河北工业大学赵志刚、白若南等提出计及高频效应和结构效应的电磁场建模方法，构建了高频变压器多目标协同优化设计方案。

图2 高频变压器的优化设计流程

他们首先通过拟合高频非正弦激励波形下IGSE中的复杂积分函数，建立了低成本与高效率兼备的磁心损耗计算模型。为实现绕组损耗的高精度计算，考虑了绕组的结构效应和涡流效应，推导了适用于利兹线绕组的近似Dowell模型。

图3 利兹线绕组的等效过程

他们接着提出了考虑绕组端部效应和频率影响的漏感计算模型，减小漏感对于结构和频率的依赖性。在此基础上，采用考虑长短期介电强度的新型多重绝缘结构，提升高频变压器绕组间的绝缘耐压水平。

图4 高频变压器磁心窗口的俯视剖面图

最后，引入动态聚集距离和算术交叉算子对非支配排序遗传算法进行改进，利用ZDT1和ZDT3函数进行测试，并结合自由参数扫描法建立高频变压器的优化设计流程，制作了一台高频变压器样机，通过有限元仿真、空载试验和温升测量验证了最优设计方案。

研究者指出，优化后的的高频变压器设计不仅能够提高工作效率和功率密度，还能够保证其工作的可靠性与稳定性。

本工作成果发表在2024年第18期《电工技术学报》，论文标题为“基于智能优化算法的高频变压器电磁结构优化设计”。本课题得到国家自然科学基金项目的支持。