一种六开关五电平逆变器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种六开关五电平逆变器及其工作方法。所述六开关五电平逆变器包括直流电压源U

【技术实现步骤摘要】
一种六开关五电平逆变器及其工作方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换器逆变领域，具体涉及一种六开关五电平逆变器及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着风电和光伏等可再生能源的大规模开发，其对电网造成的功率波动是目前急需解决的技术难题。储能系统在一定程度上能够平抑可再生能源的功率波动，增强电网的弹性并扩大可再生能源的消纳空间。储能系统接入电网往往需要高性能的逆变器，而多电平逆变器因其较低的器件应力、输出电压谐波含量较小和较低的开关频率等优点得到了学界和工业界的广泛关注。
[0003]传统多电平逆变器主要包含三类：中点钳位型、飞跨电容型和级联H桥型。中点钳位型和飞跨电容型的应用受限于其电容电压不平衡，且其所需开关器件的数量较多。级联H桥型的缺陷主要在于其需要多个独立的直流电源来产生较多的电平输出，这将会增加电路的成本和控制的复杂性。基于开关电容结构的多电平逆变器因其电容的自均压特性，使用较少的开关器件和单个直流电源即可产生较多的电平输出等优点，从而得到了学界的广泛研究。
[0004]现有方案如图1所示，该方案采用开关电容结构，需要使用九个开关管俩实现五电平输出。该方案的缺点为所需开关数量较多，且需要较多数量的开关驱动，电路的成本较高，不利于其大规模推广和使用。因此，提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种六开关五电平逆变器及其工作方法，该逆变器使用的开关管数量减少了3个，开关驱动的数量减少了3个，在一定程度上降低了电路的成本和体积，具有良好的工业应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种六开关五电平逆变器，包括一个电平产生模块、一个左侧极性转换模块、一个右侧极性转换模块；所述电平产生模块用于不同电平信号的产生，所述左侧极性转换模块和右侧极性转换模块负责所述电平产生模块输出极性的选择，以实现所述逆变器不同电平信号的输出。
[0007]在本专利技术一实施例中，所述电平产生模块包括直流电源、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第五开关、第六开关；所述直流电源的正极与第一电容的正极、第五开关的第一端连接，并作为所述电平产生模块的第一正极输出端；所述直流电源的负极与第二电容的负极、第六开关的第二端连接，并作为所述电平产生模块的第一负极输出端；所述第一电容的负极、第二电容的正极、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极相连接；所述第一二极管的阴极与第五开关的第二端连接，并作为所述电平产生模块的第二正极输出端；所述第二二极管的阳极与第六开关的第一端连接，并作为所述电平产生模块的第二负
极输出端。
[0008]在本专利技术一实施例中，所述左侧极性转换模块包括第一开关、第二开关，所述第一开关的第二端与第二开关的第一端连接，并作为所述六开关五电平逆变器的正极输出端，所述第一开关的第一端与所述电平产生模块的第一正极输出端连接，所述第二开关的第二端与所述电平产生模块的第一负极输出端连接。
[0009]在本专利技术一实施例中，所述右侧极性转换模块包括第三开关、第四开关，所述第三开关的第二端与第四开关的第一端连接，并作为所述六开关五电平逆变器的负极输出端，所述第三开关的第一端与所述电平产生模块的第二正极输出端连接，所述第四开关的第二端与所述电平产生模块的第二负极输出端连接。
[0010]在本专利技术一实施例中，所述右侧极性转换模块包括第三开关、第四开关，所述第三开关的第二端与第四开关的第一端连接，并作为所述六开关五电平逆变器的负极输出端，所述第三开关的第一端与所述电平产生模块的第二正极输出端连接，所述第四开关的第二端与所述电平产生模块的第二负极输出端连接。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关为N沟道型MOSFET或IGBT；所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关的第一端均为N沟道型MOSFET的漏极，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关的第二端均为N沟道型MOSFET的源极。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述第一二极管、第二二极管为直插式二极管。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述第一电容、第二电容均为铝电解电容；所述第一电容的电容值和第二电容的电容值相等。
[0014]本专利技术还提供了一种基于上述所述的一种六开关五电平逆变器的工作方法，包括六种工作模态；
[0015]当电路工作在模态1时，左侧极性转换模块、右侧极性转换模块分别与所述电平产生模块的第一负极输出端、第二负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为0U
in
；
[0016]当电路工作在模态2时，左侧极性转换模块与所述电平产生模块的第一正极输出端连接，右侧极性转换模块与所述电平产生模块的第二负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0.5U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为0.5U
in
；
[0017]当电路工作在模态3时，左侧极性转换模块与所述电平产生模块的第一正极输出端连接，右侧极性转换模块与所述电平产生模块的第二负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为U
in
；
[0018]当电路工作在模态4时，左侧极性转换模块、右侧极性转换模块分别与所述电平产生模块的第一正极输出端、第二正极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为0U
in
；
[0019]当电路工作在模态5时，左侧极性转换模块与所述电平产生模块的第一负极输出端连接，右侧极性转换模块与所述电平产生模块的第二正极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为
‑
0.5U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为
‑
0.5U
in
；
[0020]当电路工作在模态6时，左侧极性转换模块与所述电平产生模块的第一负极输出端连接，右侧极性转换模块与所述电平产生模块的第二正极输出端连接，此时电平产生模
块输出电压为
‑
U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为
‑
U
in
。
[0021]本专利技术还提供了一种基于上述所述的一种六开关五电平逆变器的工作方法，包括六种工作模态；
[0022]当电路工作在模态1时，第二开关S2、第四开关S4、第六开关S6导通，其余开关关断；直流电源U
in
向第一电容C1、第二电容C2充电，此时输出电压u
o
为0U
in
；
[0023]当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六开关五电平逆变器，其特征在于，包括一个电平产生模块、一个左侧极性转换模块、一个右侧极性转换模块；所述电平产生模块用于不同电平信号的产生，所述左侧极性转换模块和右侧极性转换模块负责所述电平产生模块输出极性的选择，以实现所述逆变器不同电平信号的输出。2.根据权利要求1所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述电平产生模块包括直流电源、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第五开关、第六开关；所述直流电源的正极与第一电容的正极、第五开关的第一端连接，并作为所述电平产生模块的第一正极输出端；所述直流电源的负极与第二电容的负极、第六开关的第二端连接，并作为所述电平产生模块的第一负极输出端；所述第一电容的负极、第二电容的正极、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极相连接；所述第一二极管的阴极与第五开关的第二端连接，并作为所述电平产生模块的第二正极输出端；所述第二二极管的阳极与第六开关的第一端连接，并作为所述电平产生模块的第二负极输出端。3.根据权利要求2所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述左侧极性转换模块包括第一开关、第二开关，所述第一开关的第二端与第二开关的第一端连接，并作为所述六开关五电平逆变器的正极输出端，所述第一开关的第一端与所述电平产生模块的第一正极输出端连接，所述第二开关的第二端与所述电平产生模块的第一负极输出端连接。4.根据权利要求2所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述右侧极性转换模块包括第三开关、第四开关，所述第三开关的第二端与第四开关的第一端连接，并作为所述六开关五电平逆变器的负极输出端，所述第三开关的第一端与所述电平产生模块的第二正极输出端连接，所述第四开关的第二端与所述电平产生模块的第二负极输出端连接。5.根据权利要求3所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述右侧极性转换模块包括第三开关、第四开关，所述第三开关的第二端与第四开关的第一端连接，并作为所述六开关五电平逆变器的负极输出端，所述第三开关的第一端与所述电平产生模块的第二正极输出端连接，所述第四开关的第二端与所述电平产生模块的第二负极输出端连接。6.根据权利要求5所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关为N沟道型MOSFET或IGBT；所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关的第一端均为N沟道型MOSFET的漏极，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关的第二端均为N沟道型MOSFET的源极。7.根据权利要求1所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管为直插式二极管。8.根据权利要求1所述的一种六开关五电平逆变器，其特征在于，所述第一电容、第二电容均为铝电解电容；所述第一电容的电容值和第二电容的电容值相等。9.一种基于权利要求1至8任一所述的一种六开关五电平逆变器的工作方法，其特征在于，包括六种工作模态；当电路工作在模态1时，左侧极性转换模块、右侧极性转换模块分别与所述电平产生模块的第一负极输出端、第二负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0U
in
，所述逆变器输出电压u
o
为0U
in
；当电路工作在模态2时，左侧极性转换模块与所述电平产生模块的第一正极输出端连
接，右侧极性转换模块与所述电平产生模块的第二负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0.5U

【专利技术属性】
技术研发人员：范元亮，周刚，徐梦然，方略斌，吴涵，黄建业，林爽，刘冰倩，廖飞龙，杨彦，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：