一种单相五电平拓扑及逆变器制造技术

本发明专利技术提供一种单相五电平拓扑及逆变器，单相五电平拓扑包括：第一电容、三电平桥臂模块和四个开关管，四个开关管分别为第一开关管、第五开关管、第六开关管和第八开关管；每个开关管均反向并联一个二极管；三电平桥臂模块包括两个开关管和双开关单元，第三开关管的第一端连接第一节点，第三开关管的第二端通过双开关单元连接中性点N；第四开关管的第一端连接通过双开关单元连接N，第四开关管的第二端连接第二节点。输出五个电平状态，降低系统的电流谐波含量，减小滤波电感，提高电压等级，抑制共模电压，提升运行效率。不需要增加额外的硬件电路就可以实现全功率、全调制下电容电压的平衡控制，避免系统的相输出电压由五电平退化为三电平。

【技术实现步骤摘要】
一种单相五电平拓扑及逆变器
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种单相五电平拓扑及逆变器。
技术介绍
在太阳能发电和风力发电等新能源领域，多电平逆变器因具有输出功率大、器件开关频率低、系统等效开关频率高、输出谐波小、动态响应快、传输频带宽、电磁兼容性好等特性越来越受到重视。目前研究的较多的多电平电路为二极管嵌位式多电平电路。其中二极管嵌位式三电平电路已成功运用于光伏逆变器和风机变流器领域。然而，二极管箝位式四电平及其以上电平逆变器利用多个电容串联跨接在直流侧两端。逆变器中的各开关管依次通过功率二极管与相应的电容相连，从电容上输出不相等的功率将导致电容上的电压不相等，即出现所谓的电容电压不平衡问题，这样容易出现较高电平向较低电平退化的现象，例如从五电平退化为三电平。现有技术中，需要增加额外的硬件电路或者牺牲逆变器的电压利用率来实现电容电压的平衡。因此，如何提供一种五电平逆变器拓扑能够保持电容电压平衡，又不用额外增加硬件电路或牺牲逆变器电压利用率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种单相五电平拓扑及逆变器，能够使电容电压保持平衡，又不用额外增加硬件电路或牺牲逆变器电压利用率。本专利技术提供一种单相五电平拓扑，包括：第一电容、三电平桥臂模块和四个开关管，所述四个开关管分别为第一开关管、第五开关管、第六开关管和第八开关管；每个所述开关管均反向并联一个二极管；所述第一开关管的第一端连接直流电源的正极，所述第一开关管的第二端连接所述第一节点；所述第八开关管的第二端连接所述直流电源的负极，所述第八开关管的第一端连接所述第二节点；所述第一电容的两端分别连接第一节点和第二节点；所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，所述第五开关管的第二端连接所述逆变器的输出端；所述第六开关管的第一端连接所述逆变器的输出端，所述第六开关管的第二端连接所述第二节点；所述三电平桥臂模块包括两个开关管和双开关单元，所述两个开关管分别为第三开关管和第四开关管；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端通过所述双开关单元连接中性点N；所述第四开关管的第一端连接通过所述双开关单元连接所述N，所述第四开关管的第二端连接所述第二节点。优选地，所述双开关单元包括第二开关管、第七开关管、第一二极管和第二二极管；所述双开关单元具有三个与外部连接的节点，分别为第三节点、第四节点和所述N；所述第一二极管的阳极连接所述N，所述第一二极管的阴极连接所述第三节点；所述第七开关管的第一端连接所述第三节点，所述第三开关管的第二端连接所述第三节点；所述第二二极管的阳极连接第四节点，所述第二二极管的阴极连接所述N；所述第二开关管的第一端连接第七开关管的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第四节点，所述第四开关管的第一端连接所述第四节点。优选地，所述双开关单元包括第二开关管和第七开关管；所述第二开关管和第七开关管均反向并联一个二极管；所述第二开关管的第一端连接第三开关管的第二端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端；所述第七开关管的第一端连接所述N，所述第七开关管的第二端连接所述第二开关管的第二端。优选地，所述双开关单元包括第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极连接所述N，所述第三二极管的阴极连接所述N；所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第三开关管的第二端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端；所述第三二极管的阳极连接所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第二二极管的阳极；所述第二开关管的第一端连接所述第一二极管的阴极，所述第二开关管的第二端连接所述第三二极管的阳极。优选地，所述第一开关管和第二开关管的驱动信号逻辑相反；所述第三开关管与第四开关管的驱动信号逻辑相反；所述第五开关管和第六开关管的驱动信号逻辑相反；所述第七开关管和第八开关管的驱动信号逻辑相反。优选地，所述第三开关管与第四开关管的驱动信号逻辑相反；所述第五开关管和第六开关管的驱动信号逻辑相反；所述第一开关管与第八开关管的驱动信号逻辑相或后和第二开关管驱动信号逻辑相反。优选地，该单相五电平逆变器对应的八个工作模态分别为：第一工作模态：第一开关管、第四开关管、第五开关管和第七开关管导通，其余开关管均截止；第二工作模态：第二开关管、第四开关管、第五开关管和第七开关管均导通，其余开关管均截止；第三工作模态：第一开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管均导通，其余开关管均截止；第四工作模态：第二开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管均导通，其余开关管均截止；第五工作模态：第二开关管、第三开关管、第五开关管和第七开关管均导通，其余开关管均截止；第六工作模态：第二开关管、第三开关管、第六开关管和第七开关管均导通，其余开关管均截止；第七工作模态：第二开关管、第三开关管、第五开关管和第八开关管均导通，其余开关管均截止；第八工作模态：第二开关管、第三开关管、第六开关管和第八开关管均导通，其余开关管均截止。优选地，还包括第二电容和第三电容；所述第二电容的两端分别连接所述直流电源的正极和所述N；所述第三电容的两端分别连接所述直流电源的负极和所述N。本专利技术实施例还提供一种五电平逆变器，包括三个所述的单相五电平拓扑，分别是第一单相五电平拓扑、第二单相五电平拓扑和第三单相五电平拓扑；还包括第二电容和第三电容；第一单相五电平拓扑、第二单相五电平拓扑和第三单相五电平拓扑中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相五电平拓扑、第二单相五电平拓扑和第三单相五电平拓扑中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相五电平拓扑、第二单相五电平拓扑和第三单相五电平拓扑中的三电平桥臂模块中的所述N均连接第二电容和第三电容的公共端；第一单相五电平拓扑、第二单相五电平拓扑和第三单相五电平拓扑的输出端分别作为该五电平逆变器的三个交流输出端。本专利技术实施例又提供一种多相五电平逆变器，包括多个所述的单相五电平拓扑；还包括第二电容和第三电容；每个单相五电平拓扑中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；每个单相五电平拓扑中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；每个单相五电平拓扑中的三电平桥臂模块中的所述N均连接第二电容和第三电容的公共端；每个单相五电平拓扑的输出端分别作为该五电平逆变器的交流输出端，每个交流输出端挂载一个负载。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术实施例提供的单相五电平拓扑及逆变器，可以输出五个电平状态，从而降低系统的电流谐波含量，减小系统的滤波电感，提高系统的电压等级，抑制系统的共模电压，提升系统的运行效率，降低系统的硬件成本。并且不需要增加额外的硬件电路就可以通过选择开关管的导通顺序来实现全功率、全调制下的电容电压的平衡控制，避免系统的相输出电压由五电平退化为三电平。附图说明图1是本专利技术提供的单相五电平拓扑实施例一示意图；图2是本专利技术提供的单相五电平拓扑实施例二示意图；图3是本专利技术提供的单相五电平拓扑实施例三示意图；图4是本专利技术提供的单相五电平拓扑实施例四示意图；图5a是图2的第一工作模态示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相五电平拓扑，其特征在于，包括：第一电容、三电平桥臂模块和四个开关管，所述四个开关管分别为第一开关管、第五开关管、第六开关管和第八开关管；每个所述开关管均反向并联一个二极管；所述第一开关管的第一端连接直流电源的正极，所述第一开关管的第二端连接所述第一节点；所述第八开关管的第二端连接所述直流电源的负极，所述第八开关管的第一端连接所述第二节点；所述第一电容的两端分别连接第一节点和第二节点；所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，所述第五开关管的第二端连接所述逆变器的输出端；所述第六开关管的第一端连接所述逆变器的输出端，所述第六开关管的第二端连接所述第二节点；所述三电平桥臂模块包括两个开关管和双开关单元，所述两个开关管分别为第三开关管和第四开关管；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端通过所述双开关单元连接中性点N；所述第四开关管的第一端连接通过所述双开关单元连接所述N，所述第四开关管的第二端连接所述第二节点。

【技术特征摘要】
1.一种单相五电平拓扑，其特征在于，包括：第一电容、三电平桥臂模块和四个开关管，所述四个开关管分别为第一开关管、第五开关管、第六开关管和第八开关管；每个所述开关管均反向并联一个二极管；所述第一开关管的第一端连接直流电源的正极，所述第一开关管的第二端连接第一节点；所述第八开关管的第二端连接所述直流电源的负极，所述第八开关管的第一端连接第二节点；所述第一电容的两端分别连接所述第一节点和所述第二节点；所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，所述第五开关管的第二端连接该五电平拓扑的输出端；所述第六开关管的第一端连接该五电平拓扑的输出端，所述第六开关管的第二端连接所述第二节点；所述三电平桥臂模块包括两个开关管和双开关单元，所述两个开关管分别为第三开关管和第四开关管；所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端通过所述双开关单元连接中性点N；所述第四开关管的第一端连接通过所述双开关单元连接所述N，所述第四开关管的第二端连接所述第二节点；所述双开关单元包括第二开关管、第七开关管、第一二极管和第二二极管；所述双开关单元具有三个与外部连接的节点，分别为第三节点、第四节点和所述N；所述第一二极管的阳极连接所述N，所述第一二极管的阴极连接所述第三节点；所述第七开关管的第一端连接所述第三节点，所述第三开关管的第二端连接所述第三节点；所述第二二极管的阳极连接第四节点，所述第二二极管的阴极连接所述N；所述第二开关管的第一端连接第七开关管的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第四节点，所述第四开关管的第一端连接所述第四节点。2.根据权利要求1所述的单相五电平拓扑，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管的驱动信号逻辑相反；所述第三开关管与第四开关管的驱动信号逻辑相反；所述第五开关管和第六开关管的驱动信号逻辑相反；所述第七开关管和第八开关管的驱动信号逻辑相反。3.根据权利要求1所述的单相五电平拓扑，其特征在于，该单相五电平拓扑对应的八个工作模态分别为：第一工作模态：第一开关管、第四开关管、第五开关管和第七开关管导通，其余开关管均截止；第二工作模态：第二开关管、第四开关管、第五开关管和第七开关管均导通，其余开关管均截止；第三工作模态：第一开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管均导通，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹海晏，陶磊，张建，王艾，胡勇，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34