η=（1）
设计结果比较 | 三相桥式二极管30kA×3/546V型电化学整流装置电联接设计 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 并联支路数（N－1运行） | 器件正向平均电流 | 电流储备系数 | 均流系数 | 整流装置效率 | |
| 传统设计结果 | 6 | 3000A | 3.06 | 0.85 | 99.31％ |
| 优化设计结果 | 8 | 2400A | 3.264 | 0.85 | 99.33％ |
（1）整流器件正向损耗计算
电化学整流装置中整流器件正向损耗ΔWZ为：
ΔWZ=U0IA(AV)＋IT2ron（2）
式中：U0为导通门槛电压；
IA(AV)为整流器件平均工作电流；
IT为整流器件电流有效值；
ron为导通电阻。
对于整流臂为nb个器件并联，共有m个整流臂的整流装置器件正向损耗ΔWGZ为：
ΔWGZ=m(U0IA(AV)＋IT2)（3）
式中：IA(AV）=Id×KAi/(m×KI)
IT=KATIA(AV）
其中：Id为设计输出直流电流；
KAi为电流储备系数；
KI为均流系数；
KAT为整流器件电流有效值与平均值关系系数，对于三相桥式整流为1.732。
（2）整流器件反向损耗计算
对整流臂数m，每臂并联支路数为nb的器件反向功率总损耗ΔWGF为：
ΔWGF=m·nb·UF（AV）·Ir(AV)（4）
式中：UF（AV）为整流器件反向电压平均值；
Ir(AV)为整流器件反向平均电流。
对于三相桥式整流电路：
UF（AV）=Udio
Ir(AV)=Ir
其中：Udio为所设计整流装置的理想空载直流电压；
Ir为整流器件反向平均漏电流。
所以ΔWGF=0.5×m·nb·Udio·Ir（5）
（3）快速熔断器损耗计算
对整流臂数m，每臂并联支路数为nb的快速熔断器总功率损耗ΔWGR为：
ΔWGR=m·IT2··[1＋α(t－t0)]（6）
式中：RRD为快速熔断器冷态电阻；
t0可按20℃计算；
t风冷时取120℃，水冷取75℃；
α为电阻温度修正系数取0.0035/℃。
根据上述三部分损耗的描述，所以优化模型为：
f(x)=ΔWGZ＋ΔWGF＋ΔWGR（7）
2.3优化算法的确定
通过对以上优化模型的分析，搜索空间为离散空间，且模型本身并不复杂，所以采用离散系统最小值原理的优化算法是比较合适的。具体在已知优化模型基础上如何转化成优化目标函数的方法，文献[3]中叙述的比较详细。
优化的约束条件为，目标函数中的相关设计系数以及理想空载直流电压Udio和输出直流电流Id等设计要求，这部分函数的推导可以参见电化学整流电源电气计算的相关文献。
针对所研究的问题，优化的最终目标是搜索最佳并联支路数，从而使整流装置的损耗最小，效率最高。这样所研究问题的优化域为一般并联支路数的数目，即D={0,1,…nb}。
3实例分析
一台30kA×3/546V的电化学整流装置，主要原始数据及设计要求如下（主要列出与上面损耗计算中相关的参数）：
单柜额定输出直流IdN=30kA，UdN=546V；
整流电路型式：三相二极管桥式整流；
电流储备系数：KAi≥2.5；
均流系数：KI≥0.85。
按常规设计，在价格、可靠性满足要求的情况下，则选用当前最大承载电流的整流二极管。表1为常规设计与优化设计结果的比较。
显然，采用8只器件并联，使整流效率提高了约0.02％，大大节约了电能。
4结语
（1）通过在设计过程中引入优化的思想，克服了以往完全依赖经验公式的设计方法，使设计的整流装置在性能上有所提高。
（2）随着新型整流器件的推出，方案设计的多样性也越来越突出，优化设计方法更能体现出它的优势。
（3）通过完善优化目标函数（效率），可以进一步提高优化的效果。但对电化学整流装置来说，如果能从拓扑结构上进行分析，整流装置的性能会得到进一步的提高。
（4）这种优化思想也可以应用于其它电力电子变换装置。
参考文献
1沈阳铝镁设计研究院电力室编.硅整流所电力设计.冶金工业出版社，1983
2邢文训，谢金星.现代优化计算方法.清华大学出版社，1999
3符曦.系统最优化及控制.机械工业出版社，1995