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一种考虑参数扰动的CLLC型DAB变换器ANN辅助参数设计方法
An ANN-Aided Parameter Design Method for CLLC-Type DAB Converters Considering Parameter Perturbation
| 作者 | Ning Wang · Yongbin Jiang · Weihao Hu · Yanbo Wang · Zhe Chen |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | DAB LLC谐振 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | CLLC型双有源桥变换器 谐振元件参数设计 人工神经网络 蒙特卡罗分析 输出电压故障率 |
语言:
中文摘要
电力电子元件参数的分散性会影响CLLC型双有源桥(DAB)变换器的期望输出电压,尤其在预算有限的大规模生产中。为了在大规模应用中使CLLC型DAB变换器在制造公差影响下的不一致性降至最低,本文提出了一种基于人工神经网络(ANN)的新型谐振元件参数设计方法。此外,首次开发了基于人工神经网络的数据驱动概率密度函数模型,以描绘元件参数在允许公差范围内的分布情况。此外,为了提高参数设计过程中的数据处理效率,提出了一种批量归一化方法,可自动将原始数据集分批转换为归一化数据集。通过将MATLAB与LTspice相结合,采用蒙特卡罗分析进行联合仿真。为确保联合仿真方法的准确性,提供了有限参数组合的实验结果,用于验证联合仿真方法。最后,采用蒙特卡罗分析,通过三个定量评估指标对谐振元件参数进行优化。验证结果表明,输出电压的故障率可降至5%以下。
English Abstract
The distributed nature of power electronic components parameters can affect the desired output voltage of the CLLC-type dual active bridge (DAB) converters, especially in mass production with limited budgets. To minimize inconsistency for CLLC-type DAB converters against manufacturing tolerance in large-scale applications, this article proposes a novel resonant component parameter design method based on artificial neural network (ANN). Moreover, an ANN-based data-driven model of the probability density function is first developed to portray the distribution of component parameters within the allowable tolerance range. Furthermore, to enhance data processing efficiency in the parametric design process, a batch-normalization method is proposed to convert the original dataset to the normalized one in batches automatically. The co-simulation method is implemented with Monte Carlo analysis by combining MATLAB with LTspice. To ensure the accuracy of the co-simulation method, experimental results for the limited parameter combinations are provided as the verification for the co-simulation method. Finally, Monte Carlo analysis is adopted to optimize the resonant components parameter with three quantitative evaluation indexes. The verification results show that the failure rate of the output voltage can be reduced to less than 5%.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于人工神经网络的CLLC型双有源桥变换器参数设计方法具有重要的工程应用价值。CLLC-DAB变换器作为储能系统和光伏逆变器中关键的DC-DC变换拓扑,其性能一致性直接影响产品的可靠性和规模化生产成本。
该技术的核心价值在于解决大规模生产中的关键痛点。在阳光电源的储能变流器和组串式逆变器产品线中,谐振元件参数的分散性往往导致5-10%的产品需要返工调试,增加了制造成本和交付周期。该方法通过ANN建立元件参数概率密度函数模型,结合蒙特卡洛仿真优化设计参数,可将输出电压不合格率降至5%以下,这意味着显著降低生产线的调试成本和提升首次通过率。
从技术成熟度评估,该方法已完成从理论建模到实验验证的完整闭环,MATLAB与LTspice联合仿真的工程化路径清晰,可直接嵌入阳光电源现有的产品设计流程。批量归一化的数据处理方法也提升了设计效率,适配快速迭代的产品开发节奏。
技术机遇方面,该方法可扩展至阳光电源1500V高压储能系统和液冷储能产品中多模块并联应用场景,通过参数优化提升系统一致性。挑战在于需要建立企业级的元件参数数据库,并针对不同供应商的元件特性进行ANN模型训练。此外,在极端工况下(如-40℃至70℃温度范围)模型的鲁棒性需进一步验证。建议优先在PowerStack储能系统等高附加值产品线试点应用,积累工程经验后逐步推广。