电能路由器在未来能源互联网、泛在电力物联网等领域具有广泛的应用前景，具有多级联、多端口、多流向和多形态的特征，这些特征给传统人工设计带来诸多难题。电力电子设计自动化有望克服设计目标权衡困难、裕量设计浪费成本、硬件迭代耗时耗力、设计自动化程度低等挑战。

在宽禁带器件蓬勃发展、计算机性能快速迭代、变换器应用场景延伸细化的三重推进下，电力电子设计自动化有望实现设计集成化、精细化和快速化。电能路由器设计问题可以抽象为多学科优化问题，该问题数学性质差、问题规模大，传统优化算法难以胜任，而遗传算法在解决此类优化问题上性能优异。

电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室（清华大学电机系）的研究人员袁立强、陆子贤、孙建宁、段任之、赵争鸣，在年第18期《电工技术学报》上撰文，在系统总结当前主流的电力电子系统的设计流程和设计软件架构的基础上，分析了遗传算法解决电力电子设计自动化问题的适用性，总结了电能路由器设计自动化潜在的问题和挑战，并给出相应的建议。

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伴随着新能源渗透率逐年提高，能源互联网和泛在电力物联网发展方兴未艾，电气化交通、数据中心等新型负荷层出不穷，储能技术在能源优化配置中的重要性与日俱增，当前电力系统亟需综合发展“源—网—荷—储”协同优化，对电能转换与能量互联设备提出了更高要求。

电力电子变压器以及由此发展出的电能路由器具有多端口、多级联、多流向和多形态等全新特征，在未来开放、互联、对等、分享的电网格局下具有精确、连续、快速、灵活的调控手段，但同时电力电子变压器和电能路由器的功能和运行规律更为复杂，面对更加严格和精细化的性能要求。传统人工设计在解决设计问题时遇到颇多困难。

首先明确本文将讨论的电力电子设计的研究范围，在流程上介于电力电子变换器功能指标确定之后，硬件试制组配调试之前的原理分析、多物理场仿真以及性能分析阶段。在电力电子拓扑、参数、控制层面处于覆盖参数设计和控制参数设计两个层面，可以理解为在确定了拓扑方案和控制方案以后的元件参数与控制参数寻优设计，当然电力电子设计自动化也在发展，未来可能在智能拓扑选择和控制方案选择上取得突破，目前也可以处理简单的方案对比问题，只是需要利用多套优化模型进行多次优化比较结果。

在传统人工的电力电子变换器设计流程中，每个步骤都需要工程师进行局部的优化设计和迭代寻优，并通过仿真或实验的方法进行分析验证，最终保证设计出的电力电子变换器满足要求，如图1所示。这样做的缺点在于：

图1传统人工设计流程

（1）由于分步进行局部优化，散热、磁路、机械和滤波器设计位于辅助角色，无法与电路参数和控制参数实现综合分析，即使有局部的联立耦合设计，得到的结果并非全局最优。（2）设计要求之间存在矛盾，难以实现定量的权衡取舍。（3）电、热、磁、机械等多物理场相互耦合，电力电子开关瞬态过程非理想，各时间尺度特性相互影响，依赖人工难以同时满足所有限制条件。（4）依赖硬件实验的评估和迭代方法严重耗费时间、人力和物力，设计过程效率低下，投资较大。（5）变换器设计目标更改或增减时，需要重复整个过程，自动化程度低。电力电子设计自动化有望解决上述问题。虽然该项技术仍处于起步阶段，学术界和工业界尚未对设计方法和设计工具形成广泛的共识。但在宽禁带器件高速发展和变换器应用场景延伸细化的双重推进下，在设计需求愈加复杂化、精细化、系统化的趋势下，电力电子设计自动化正在得到越来越多研究者和专家的

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