一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法技术

本发明专利技术公开了一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法，包括：1对于直流侧输入电压不平衡工况下的级联H桥多电平功率放大器，对每个H桥单元直流侧电压以及调制度进行检测；2利用神经网络

【技术实现步骤摘要】
一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法


[0001]本专利技术适用于级联H桥多电平功率放大器，涉及一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制策略。

技术介绍

[0002]功率放大器已广泛应用于国防与民生等领域，如发射系统、伺服电机、声纳探测、电力电子设备测试系统等诸多应用场景。传统的线性功率放大器工作在线性放大区，输出信号失真度小，但常需要外围偏置电路，处于放大区的功率管损耗大、发热严重，导致整个线性功率放大器效率低，尤其在高压大功率场合，效率和散热是较大问题。为了适应高压大功率场合，有学者提出采用数字功率放大器，其中级联H桥多电平功率放大器具有低dv/dt，谐波特性好，模块化易扩展等优点，相比其他数字功率放大器而言，无需公共直流母线，不存在电容电压平衡控制问题，级联H桥多电平功率放大器得到了广泛地应用。
[0003]目前级联H桥多电平功率放大器常用的调制策略为载波层叠调制策略(IPD
‑
PWM)与载波移相调制策略(CPS
‑
PWM)，在理想情况下，两种调制策略均具有良好的性能，能够得到电平数高、电能质量好的输出电压波形，但当级联H桥多电平功率放大器输入侧直流电压不平衡时，会使得输出电压波形质量下降。IPD
‑
PWM调制策略下会使得各级联单元间功率不均衡，各开关管损耗不同，严重时会出现电流倒灌现象，级联单元数量较多时其弊端更加明显，此时，IPD
‑
PWM调制策略不再适用；而CPS
‑
PWM调制策略能够在级联H桥多电平功率放大器输入侧直流电压不平衡时实现级联单元间的功率自均衡，但是其倍频效果失效，输出电压低次谐波增加。现有的谐波消除改进型CPS
‑
PWM调制策略效果较差，能够消除的谐波次数较少，且计算过程复杂，所使用的同伦算法(Homotopy algorithm)、麦夸特算法(Levenberg
‑
Marquardt algorithm)以及牛顿迭代算法(Newton
‑
iteration algorithm)等均存在不同方面的缺陷，如求解结果精度不够、迭代次数太多等，难以做到快速精确求解出改进型CPS
‑
PWM调制策略移相角度，无法很好地消除级联H桥多电平功率放大器直流侧电压不平衡引起的输出电压低次谐波。

技术实现思路

[0004]针对以上改进载波移相调制策略的不足，本专利技术提出了一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法，以期能利用级联H桥多电平功率放大器直流侧电压以及调制度等参数，快速且精确地求解出合适的载波移相角度，消除部分输出电压的低次谐波，从而能提升直流侧电压不平衡工况下级联H桥多电平功率放大器的倍频效果。
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法的特点在于，包括如下步骤：
[0007]步骤S1：依次检测级联H桥多电平功率放大器中各个级联单元直流侧的输入电压{U
dck
|k＝1,2,
…
,N}，并计算每个级联单元的调制度{M
k
|k＝1,2,
…
,N}；其中，U
dck
表示第k
个级联单元直流侧的输入电压；M
k
表示第k个级联单元的调制度，N表示级联单元的数量；
[0008]步骤S2：对每个级联单元的输出电压进行傅里叶分析法展开后得到单个级联单元的输出电压傅里叶分析模型，再利用传统载波移相角度分配规律对所有单个级联单元的输出电压傅里叶分析模型进行合并，得到级联H桥多电平功率放大器输出电压的傅里叶分析模型；
[0009]步骤S3：将所述傅里叶分析模型分为基波部分与谐波部分，并使各次谐波所有相关项的和为零，从而得到一组关于载波移相角{θ
k
|k＝1,2,
…
,N}的非线性超越方程组，其中，θ
k
表示第k个级联单元的载波移相角；
[0010]步骤S4：选取各个级联单元直流侧输入电压{U
dck
|k＝1,2,
…
,N}以及调制度{M
k
|k＝1,2,
…
,N}，代入所述非线性超越方程组中，并利用神经网络
‑
遗传混合算法对代入后的非线性超越方程组进行求解，从而得到在直流侧电压不平衡下调制后的载波移相角度，以实现级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制。
[0011]本专利技术所述的级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法的特点也在于，步骤S4包括如下步骤：
[0012]步骤S4.1、利用式(8)得到第k个级联单元的载波移相角θ
k
的非线性超越方程组F(θ
k
)；
[0013][0014]式(8)中，H
mk
表示第k个级联单元的第m次谐波分量的系数，且m表示相对于载波频次的谐波次数，m＝1,2,
…
,M，M为最高次谐波；
[0015]步骤S4.2：将调制度{M
k
|k＝1,2,
…
,N}以及直流侧输入电压{U
dck
|k＝1,2,
…
,N}输入预训练后的BP神经网络中，并输出N个载波移相角模糊解{θ
′
k
|k＝1,2,...,N}，其中，θ
k
′
表示第k个载波移相角模糊解；
[0016]步骤S4.3：定义进化代数计数器为t，最大进化代数为T；
[0017]初始化t＝1，定义第t代种群其中，表示第t代种群X
(t)
中第a个个体；且并初始化n为种群规模；定义P
s
为选择概率阈值，定义P
c
为交叉概率阈值，定义P
m
为变异概率阈值；
[0018]步骤S4.4：初始化a＝1；
[0019]步骤S4.5：利用式(9)构建第a个个体的适应度函数
[0020][0021]式(9)中，表示第a个个体的N个级联单元的第m次谐波余弦分量之和，且
表示第a个个体的N个单元的第m次谐波正弦分量之和，且
[0022]步骤S4.6：最优群体的选择：
[0023]计算第a个个体的生存概率若大于P
s
时，则直接保留第a个个体并作为第t+1代种群X
(t)
中的个体；否则，执行步骤S4.7；
[0024]步骤S4.7：个体交叉操作：
[0025]产生第a个个体的随机交叉概率并判断大于P
c
是否成立，若成立，则将第a个个体中的部分模糊解与第a+1个个体中的部分模糊解进行交换，以得到更新后的第a个个体并赋值给否则，保持不变；
[0026]步骤S4.8：个体变异操作：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：依次检测级联H桥多电平功率放大器中各个级联单元直流侧的输入电压{U
dck
|k＝1,2,
…
,N}，并计算每个级联单元的调制度{M
k
|k＝1,2,
…
,N}；其中，U
dck
表示第k个级联单元直流侧的输入电压；M
k
表示第k个级联单元的调制度，N表示级联单元的数量；步骤S2：对每个级联单元的输出电压进行傅里叶分析法展开后得到单个级联单元的输出电压傅里叶分析模型，再利用传统载波移相角度分配规律对所有单个级联单元的输出电压傅里叶分析模型进行合并，得到级联H桥多电平功率放大器输出电压的傅里叶分析模型；步骤S3：将所述傅里叶分析模型分为基波部分与谐波部分，并使各次谐波所有相关项的和为零，从而得到一组关于载波移相角{θ
k
|k＝1,2,
…
,N}的非线性超越方程组，其中，θ
k
表示第k个级联单元的载波移相角；步骤S4：选取各个级联单元直流侧输入电压{U
dck
|k＝1,2,
…
,N}以及调制度{M
k
|k＝1,2,
…
,N}，代入所述非线性超越方程组中，并利用神经网络
‑
遗传混合算法对代入后的非线性超越方程组进行求解，从而得到在直流侧电压不平衡下调制后的载波移相角度，以实现级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制。2.根据权利要求1所述的级联H桥多电平功率放大器的载波移相调制方法，其特征在于，步骤S4包括如下步骤：步骤S4.1、利用式(8)得到第k个级联单元的载波移相角θ
k
的非线性超越方程组F(θ
k
)；式(8)中，H
mk
表示第k个级联单元的第m次谐波分量的系数，且m表示相对于载波频次的谐波次数，m＝1,2,
…
,M，M为最高次谐波；步骤S4.2：将调制度{M
k
|k＝1,2,
…
,N}以及直流侧输入电压{U
dck
|k＝1,2,
…
,N}输入预训练后的BP神经网络中，并输出N个载波移相角模糊解{θ
′
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖纪东，聂照伟，苏建徽，张军军，徐珊珊，董玮，张晓琳，崔玉妹，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：