CN104218832A - 一种单相五电平拓扑及逆变器 - Google Patents

一种单相五电平拓扑及逆变器 Download PDF

Info

Publication number
CN104218832A
CN104218832A CN201310211740.5A CN201310211740A CN104218832A CN 104218832 A CN104218832 A CN 104218832A CN 201310211740 A CN201310211740 A CN 201310211740A CN 104218832 A CN104218832 A CN 104218832A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching tube
phase
connects
level
diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310211740.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104218832B (zh
Inventor
邹海晏
陶磊
张建
王艾
胡勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sungrow Power Supply Co Ltd
Original Assignee
Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sungrow Power Supply Co Ltd filed Critical Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority to CN201310211740.5A priority Critical patent/CN104218832B/zh
Publication of CN104218832A publication Critical patent/CN104218832A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104218832B publication Critical patent/CN104218832B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明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***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***的相输出电压由五电平退化为三电平。

Description

一种单相五电平拓扑及逆变器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相五电平拓扑及逆变器。
背景技术
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、***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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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，本发明具有以下优点：
本发明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***的电流谐波含量，减小***的滤波电感，提高***的电压等级，抑制***的共模电压，提升***的运行效率，降低***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***的相输出电压由五电平退化为三电平。
附图说明
图1是本发明提供的单相五电平拓扑实施例一示意图；
图2是本发明提供的单相五电平拓扑实施例二示意图；
图3是本发明提供的单相五电平拓扑实施例三示意图；
图4是本发明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5b是图2的第二工作模态示意图；
图5c是图2的第三工作模态示意图；
图5d是图2的第四工作模态示意图；
图5e是图2的第五工作模态示意图；
图5f是图2的第六工作模态示意图；
图5g是图2的第七工作模态示意图；
图5h是图2的第八工作模态示意图；
图6是本发明提供的图2所示的单相五电平逆变器等效示意图；
图7是本发明提供的三相五电平逆变器等效示意图；
图8是本发明提供的多相五电平逆变器等效示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为本发明提供的单相五电平拓扑实施例一示意图。
需要说明的是，图1所示的是单相半桥五电平拓扑的示意图。
本实施例提供的单相五电平拓扑，包括：第一电容C1、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T1、第五开关管T5、第六开关管T6和第八开关管T8；每个所述开关管均反向并联一个二极管；
所述第一开关管T1的第一端连接直流电源的正极+E，所述第一开关管T1的第二端连接所述第一节点A；
所述第八开关管T8的第二端连接所述直流电源的负极-E，所述第八开关管T8的第一端连接所述第二节点B；所述第一电容C1的两端分别连接第一节点A和第二节点B；
所述第五开关管T5的第一端连接所述第一节点A，所述第五开关管T5的第二端连接所述逆变器的输出端O；
所述第六开关管T6的第一端连接所述逆变器的输出端O，所述第六开关管T6的第二端连接所述第二节点B；
所述三电平桥臂模块包括两个开关管和双开关单元100，所述两个开关管分别为第三开关管T3和第四开关管T4；
所述第三开关管T3的第一端连接所述第一节点A，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T4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T4的第二端连接所述第二节点B。
本实施例提供的单相五电平拓扑，可以输出五个电平状态，从而降低***的电流谐波含量，减小***的滤波电感，提高***的电压等级，抑制***的共模电压，提升***的运行效率，降低***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***的相输出电压由五电平退化为三电平。
下面结合附图来详细介绍所述双开关单元的具体实现方式。
参见图2，该图为本发明提供的单相五电平拓扑实施例二示意图。
本实施例提供的单相五电平拓扑，所述双开关单元包括第二开关管T2、第七开关管T7、第一二极管D1和第二二极管D2；
本实施例中，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C、第四节点D和中性点N；
所述第一二极管D1的阳极连接所述N，所述第一二极管D1的阴极连接所述第三节点C；
所述第七开关管T7的第一端连接所述第三节点C，所述第三开关管T3的第二端连接所述第三节点C；
所述第二二极管D2的阳极连接第四节点D，所述第二二极管D2的阴极连接所述N；
所述第二开关管T2的第一端连接第七开关管T7的第二端，所述第二开关管T2的第二端连接所述第四节点D，所述第四开关管T4的第一端连接所述第四节点D。
参见图3，该图为本发明提供的单相五电平拓扑实施例三示意图。
本实施例提供的单相五电平拓扑中，所述双开关单元100包括第二开关管T和第七开关管T7；所述第二开关管T2和第七开关管T7均反向并联一个二极管；
所述第二开关管T2的第一端连接第三开关管T3的第二端，所述第三开关管T3的第二端连接所述第四开关管T4的第一端；
所述第七开关管T7的第一端连接所述N，所述第七开关管T7的第二端连接所述第二开关管T2的第二端。
参见图4，该图为本发明提供的单相五电平拓扑实施例四示意图。
本实施例提供的单相五电平拓扑，所述双开关单元包括第二开关管T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；；
所述第一二极管D1的阳极连接所述N，所述第三二极管D3的阴极连接所述N；
所述第一二极管D1的阴极连接所述第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接所述第三开关管T3的第二端，所述第三开关管T3的第二端连接所述第四开关管T4的第一端；
所述第三二极管D3的阳极连接所述第四二极管D4的阳极，所述第四二极管D4的阴极连接所述第二二极管D2的阳极；
所述第二开关管T2的第一端连接所述第一二极管D1的阴极，所述第二开关管T2的第二端连接所述第三二极管D3的阳极。
以上是本发明实施例提供的单相五电平的三种实现方式，下面以图2所示的这种实现方式为例介绍其具体的工作模态。
需要说明的是，所述开关管为IGBT管、MOS管、IGCT管或IEGT管等；
可以理解的是，与所述开关管反向并联的二极管为独立的二极管，或为与开关管封装在一起的二极管。其中，以图2所示的这种实现方式逆变器工作前，应将该单相五电平逆变器中的第一电容C1（图2中）充电至总直流电源电压的四分之一大小。
需要说明的是，本发明以上图2和图3所示的实施例中的各个开关管的驱动信号完全相同，具体如下：
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。
需要说明的是，以上所述的驱动信号逻辑相反，指的是第一开关管的驱动信号为高电平时，第二开关管的驱动信号为低电平，即第一开关管和第二开关管的开关状态互补。
本发明图4所示的实施例中的各个开关管的驱动信号，具体如下：
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。
参见图5a，该图为图2的第一工作模态示意图。
第一工作模态：第一开关管T1、第四开关管T4、第五开关管T5和第七开关管T7导通，其余开关管均截止；
其中，不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为C2→T1→T5→L→Vac。
参见图5b，该图为图2的第二工作模态示意图。
第二工作模态：第二开关管T2、第四开关管T4、第五开关管T5和第七开关管T7均导通，其余开关管均截止；
其中，不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为D1→T7→T2→T4→C1→T5→L→Vac或D2→T4→C1→T5→L→Vac。
参见图5c，该图为图2的第三工作模态示意图。
第三工作模态：第一开关管T1、第四开关管T4、第六开关管T6和第七开关管T7均导通，其余开关管均截止；
其中，不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为C2→T1→C1→T6→L→Vac。
参见图5d，该图为图2的第四工作模态示意图。
第四工作模态：第二开关管T2、第四开关管T4、第六开关管T6和第七开关管T7均导通，其余开关管均截止；
其中，不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为D1→T7→T2→T4→T6→L→Vac或D2→T4→T6→L→Vac。
参见图5e，该图为图2的第五工作模态示意图。
第五工作模态：第二开关管T2、第三开关管T3、第五开关管T5和第七开关管T7均导通，其余开关管均截止；
不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为D1→T3→T5→L→Vac或D2→T2→T7→T3→T5→L→Vac。
参见图5f，该图为图2的第六工作模态示意图。
第六工作模态：第二开关管T2、第三开关管T3、第六开关管T6和第七开关管T7均导通，其余开关管均截止；
不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为D1→T3→C1→T6→L→Vac或D2→T2→T7→T3→C1→T6→L→Vac。
参见图5g，该图为图2的第七工作模态示意图。
第七工作模态：第二开关管T2、第三开关管T3、第五开关管T5和第八开关管T8均导通，其余开关管均截止；
其中，不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为C3→T8→C1→T5→L→Vac。
参见图5h，该图为图2的第八工作模态示意图。
第八工作模态：第二开关管T2、第三开关管T3、第六开关管T6和第八开关管T8均导通，其余开关管均截止。
其中，不导通的路径在图中以浅实线示出，导通的路径以深实线示出。电流路径为C3→T8→T6→L→Vac。
为了使本领域技术人员更好地理解以上八种工作模态，下面结合表1来说明。
由于T1、T3、T5、T7分别与T2、T4、T6、T8的驱动脉冲信号逻辑相反。例如，T1导通时，T2肯定断开，即T1的驱动信号是高电平时，T2的驱动信号肯定是低电平。
为了方便描述，下面以T1、T3、T5、T7为例进行说明。
表1
T1 T3 T5 T7 VO iN iC1 开关状态
1 0 1 1 +E io 0 V0
0 0 1 1 +E/2 io -io V1
1 0 0 1 +E/2 io io V2
0 0 0 1 0 io 0 V3
0 1 1 1 0 io 0 V4
0 1 0 1 -E/2 io io V5
0 1 1 0 -E/2 io -io V6
0 1 0 0 -E io 0 V7
从表1可以看出，流向中点N的电流始终为io，由于输出电流为正弦波，一个周期内流向中点的总电流为0，因此C2、C3的电压在一个正弦波周期内可以维持平衡。
当输出电压为+E/2时，有两个状态V1、V2可以选择，且两个状态的流向电容C1的电流方向相反，因此可以灵活选择V1、V2两个开关状态来平衡电容C1的电压；同理，当输出电压为-E/2时，可以灵活选择V5、V6两个开关状态来平衡电容C1的电压。
参见图6，该图为本发明提供的图2所示的单相五电平拓扑等效示意图；
其中，
拓扑单元402是单相五电平拓扑401的等效示意图。
参见图7，该图为本发明提供的三相五电平逆变器等效示意图。
本实施例提供的三相五电平逆变器包括：第一单相五电平拓扑（第一拓扑单元）504、第二单相五电平拓扑（第二拓扑单元）505和第三单相五电平拓扑（第三拓扑单元）506；还包括第二电容C2和第三电容C3；
第一单相五电平拓扑504、第二单相五电平拓扑505和第三单相五电平拓扑506中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源501的正端；
第一单相五电平拓扑504、第二单相五电平拓扑505和第三单相五电平拓扑506中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电源501的负端；
第一单相五电平拓扑504、第二单相五电平拓扑505和第三单相五电平拓扑506中的三电平桥臂模块中的所述N均连接第二电容C2和第三电容C3的公共端；
第一单相五电平拓扑504、第二单相五电平拓扑505和第三单相五电平拓扑506的输出端O分别作为该五电平逆变器的三个交流输出端。
第一单相五电平拓扑504的输出端通过第一电感507连接第一交流电源510的一端；
第二单相五电平拓扑505的输出端通过第二电感508连接第二交流电源511的一端；
第三单相五电平拓扑506的输出端通过第三电感509连接第三交流电源512的一端；
所述第一交流电源510的另一端、第二交流电源511的另一端、第三交流电源512的另一端连接在一起。
其中，第一交流电源510，第二交流电源511，第三交流电源512的幅值相等，相位角依次互差120度。
其中，在图7提供的逆变器工作前，应将每个单相五电平逆变器中的第一电容C1（图2中）充电至总直流电源501电压的四分之一大小。
需要说明的是，基于以上实施例提供的一种单相五电平拓扑，本发明实施例还提供一种多相五电平逆变器，下面结合附图进行详细介绍。
参见图8，该图为本发明提供的多相五电平逆变器示意图。
本实施例提供的多相五电平逆变器，包括多个所述的单相五电平拓扑；
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。
图中的负载的符号画的是电阻，可以理解的是，负载也可以是电机，可以为6相电机，也可以为12相电机。例如，当负载为6相电机时，所述五电平逆变器为六相。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

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。
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。
3.根据权利要求1所述的单相五电平拓扑，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的单相五电平拓扑，其特征在于，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。
5.根据权利要求2或3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。
6.根据权利要求4所述的单相五电平拓扑，其特征在于，
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。
7.根据权利要求2或3所述的单相五电平拓扑，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的单相五电平拓扑，其特征在于，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。
9.一种五电平逆变器，其特征在于，包括三个权利要求1-7任一项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。
10.一种多相五电平逆变器，其特征在于，包括多个权利要求1-7任一项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。
CN201310211740.5A 2013-05-30 2013-05-30 一种单相五电平拓扑及逆变器 Active CN104218832B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310211740.5A CN104218832B (zh) 2013-05-30 2013-05-30 一种单相五电平拓扑及逆变器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310211740.5A CN104218832B (zh) 2013-05-30 2013-05-30 一种单相五电平拓扑及逆变器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104218832A true CN104218832A (zh) 2014-12-17
CN104218832B CN104218832B (zh) 2016-12-28

Family

ID=52100044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310211740.5A Active CN104218832B (zh) 2013-05-30 2013-05-30 一种单相五电平拓扑及逆变器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104218832B (zh)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467498A (zh) * 2014-12-18 2015-03-25 阳光电源股份有限公司 一种五电平光伏逆变器中点电位控制方法及***
US20150333522A1 (en) * 2015-01-29 2015-11-19 Hongliang Wang Five-level topology units and inverter thereof
CN105141158A (zh) * 2015-09-28 2015-12-09 阳光电源股份有限公司 一种多电平逆变器的控制方法、装置及***
CN105262357A (zh) * 2015-09-28 2016-01-20 阳光电源股份有限公司 一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置
CN106169884A (zh) * 2016-06-30 2016-11-30 阳光电源股份有限公司 五电平有源中点钳位型逆变器的预充电控制方法及装置
CN106230291A (zh) * 2016-07-25 2016-12-14 阳光电源股份有限公司 一种逆变器运行控制方法及装置
WO2017028776A1 (zh) * 2015-08-14 2017-02-23 汪洪亮 高电压增益的五电平逆变器拓扑电路
WO2017076366A1 (zh) * 2015-11-06 2017-05-11 汪洪亮 五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路
WO2017157338A1 (zh) * 2016-03-17 2017-09-21 汪洪亮 单相五电平有源嵌位变换器单元及变换器
CN108322080A (zh) * 2018-05-03 2018-07-24 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN108322078A (zh) * 2018-05-03 2018-07-24 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN108418462A (zh) * 2018-05-11 2018-08-17 易事特集团股份有限公司 一种五电平拓扑单元
CN108471247A (zh) * 2018-03-30 2018-08-31 华为技术有限公司 三电平逆变器的控制方法、装置和***
JP2018530306A (ja) * 2015-09-29 2018-10-11 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． マルチレベルインバータ
CN108649829A (zh) * 2018-07-03 2018-10-12 阳光电源股份有限公司 一种五电平逆变单元及其应用电路
CN109378987A (zh) * 2018-12-30 2019-02-22 上能电气股份有限公司 一种三电平拓扑电路、单相逆变器以及三相逆变器
CN106100314B (zh) * 2016-08-09 2019-06-14 深圳驿普乐氏科技有限公司 一种三相交错并联功率因数校正电路
TWI790870B (zh) * 2021-10-25 2023-01-21 聯詠科技股份有限公司 切換電容功率級以及切換電容變壓器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109921676A (zh) * 2019-03-04 2019-06-21 易事特集团股份有限公司 变流器拓扑单元与变流器装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101336508A (zh) * 2006-02-01 2008-12-31 Abb研究有限公司 用于转换多个电压级别的开关装置单元和变换器电路
CN101917133A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 南京航空航天大学 一种五电平逆变器
CN102510232A (zh) * 2011-12-21 2012-06-20 徐州中矿大传动与自动化有限公司 一种五电平电压源逆变器
JP2012210066A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Meidensha Corp マルチレベル変換装置
CN103051231A (zh) * 2012-12-10 2013-04-17 阳光电源股份有限公司 一种三相五电平逆变器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101336508A (zh) * 2006-02-01 2008-12-31 Abb研究有限公司 用于转换多个电压级别的开关装置单元和变换器电路
CN101917133A (zh) * 2010-08-30 2010-12-15 南京航空航天大学 一种五电平逆变器
JP2012210066A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Meidensha Corp マルチレベル変換装置
CN102510232A (zh) * 2011-12-21 2012-06-20 徐州中矿大传动与自动化有限公司 一种五电平电压源逆变器
CN103051231A (zh) * 2012-12-10 2013-04-17 阳光电源股份有限公司 一种三相五电平逆变器

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467498B (zh) * 2014-12-18 2017-03-01 阳光电源股份有限公司 一种五电平光伏逆变器中点电位控制方法及***
CN104467498A (zh) * 2014-12-18 2015-03-25 阳光电源股份有限公司 一种五电平光伏逆变器中点电位控制方法及***
WO2016119736A1 (zh) * 2015-01-29 2016-08-04 汪洪亮 五电平拓扑单元及五电平逆变器
CN107210684B (zh) * 2015-01-29 2019-05-24 汪洪亮 五电平拓扑单元及五电平逆变器
US20150333522A1 (en) * 2015-01-29 2015-11-19 Hongliang Wang Five-level topology units and inverter thereof
US9966875B2 (en) * 2015-01-29 2018-05-08 Hongliang Wang Five-level topology units and inverter thereof
CN107210684A (zh) * 2015-01-29 2017-09-26 汪洪亮 五电平拓扑单元及五电平逆变器
WO2017028776A1 (zh) * 2015-08-14 2017-02-23 汪洪亮 高电压增益的五电平逆变器拓扑电路
CN108141147B (zh) * 2015-08-14 2019-10-29 汪洪亮 高电压增益的五电平逆变器拓扑电路
CN108141147A (zh) * 2015-08-14 2018-06-08 汪洪亮 高电压增益的五电平逆变器拓扑电路
CN105141158A (zh) * 2015-09-28 2015-12-09 阳光电源股份有限公司 一种多电平逆变器的控制方法、装置及***
CN105262357B (zh) * 2015-09-28 2017-12-22 阳光电源股份有限公司 一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置
CN105262357A (zh) * 2015-09-28 2016-01-20 阳光电源股份有限公司 一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置
JP2018530306A (ja) * 2015-09-29 2018-10-11 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． マルチレベルインバータ
US10177683B2 (en) 2015-09-29 2019-01-08 Huawei Technologies Co., Ltd. Multi-level inverter
WO2017076366A1 (zh) * 2015-11-06 2017-05-11 汪洪亮 五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路
CN108702104B (zh) * 2015-11-06 2020-06-16 汪洪亮 五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路
CN108702104A (zh) * 2015-11-06 2018-10-23 汪洪亮 五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路
WO2017157338A1 (zh) * 2016-03-17 2017-09-21 汪洪亮 单相五电平有源嵌位变换器单元及变换器
CN106169884B (zh) * 2016-06-30 2019-02-01 阳光电源股份有限公司 五电平有源中点钳位型逆变器的预充电控制方法及装置
CN106169884A (zh) * 2016-06-30 2016-11-30 阳光电源股份有限公司 五电平有源中点钳位型逆变器的预充电控制方法及装置
CN106230291B (zh) * 2016-07-25 2018-10-02 阳光电源股份有限公司 一种逆变器运行控制方法及装置
CN106230291A (zh) * 2016-07-25 2016-12-14 阳光电源股份有限公司 一种逆变器运行控制方法及装置
CN106100314B (zh) * 2016-08-09 2019-06-14 深圳驿普乐氏科技有限公司 一种三相交错并联功率因数校正电路
CN108471247A (zh) * 2018-03-30 2018-08-31 华为技术有限公司 三电平逆变器的控制方法、装置和***
CN108322080A (zh) * 2018-05-03 2018-07-24 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN108322078A (zh) * 2018-05-03 2018-07-24 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN108322078B (zh) * 2018-05-03 2023-10-03 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN108322080B (zh) * 2018-05-03 2023-10-03 易事特集团股份有限公司 五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
CN108418462A (zh) * 2018-05-11 2018-08-17 易事特集团股份有限公司 一种五电平拓扑单元
CN108418462B (zh) * 2018-05-11 2023-11-03 易事特集团股份有限公司 一种五电平拓扑单元
CN108649829A (zh) * 2018-07-03 2018-10-12 阳光电源股份有限公司 一种五电平逆变单元及其应用电路
CN108649829B (zh) * 2018-07-03 2020-08-28 阳光电源股份有限公司 一种五电平逆变单元及其应用电路
CN109378987A (zh) * 2018-12-30 2019-02-22 上能电气股份有限公司 一种三电平拓扑电路、单相逆变器以及三相逆变器
TWI790870B (zh) * 2021-10-25 2023-01-21 聯詠科技股份有限公司 切換電容功率級以及切換電容變壓器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104218832B (zh) 2016-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104218832B (zh) 一种单相五电平拓扑及逆变器
CN101262180B (zh) 箝位式多电平变换器用的单相电路拓扑结构
CN102427304B (zh) 一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路
CN102594187B (zh) 四电平拓扑单元及其应用电路
CN105226978A (zh) 一种五电平逆变器及其应用电路
CN102201755B (zh) 一种混合箝位型四电平变换器
CN105119512A (zh) 一种多电平逆变器及其应用电路的电容充电方法
CN101877541A (zh) 一种大功率四象限变频器及功率单元
CN104038090A (zh) 一种基于逆阻型igbt反并联的t型多电平逆变电路
CN102594185B (zh) 四电平拓扑单元及其应用电路
CN103956927A (zh) 一种电压有源箝位的无变压器型单相光伏逆变器
CN102882410A (zh) 一种单相七电平逆变器
CN103051231A (zh) 一种三相五电平逆变器
CN102664514B (zh) 开关管单元及五电平逆变器及具有该逆变器的发电***
CN102594188B (zh) 四电平拓扑单元及其应用电路
CN102427312A (zh) 一种单相逆变器
CN105391371A (zh) 基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路
CN205453532U (zh) 一种五电平逆变器及其应用电路
CN102427305B (zh) 一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路
CN102437761A (zh) 一种单相全桥三电平逆变器及一种三相三电平逆变器
CN202856630U (zh) 一种igbt钳位的三电平变频器
CN104362878A (zh) 用于多电平变换器的基本单元、三电平和m电平拓扑结构
CN204947922U (zh) 一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路
CN103762881A (zh) 双输出单相三开关组mmc逆变器及其控制方法
CN102946207A (zh) 一种五电平逆变单元及五电平逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant