專利名稱：一種五電平逆變單元及五電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種五電平逆變單元及具有該五電平逆變單元的五電平逆變器。
背景技術(shù)：
中壓大容量場合，多電平逆變器得到廣泛的應(yīng)用，目前的五電平逆變器主要是二極管箝位型。下面對二極管箝位型五電平逆變器予以介紹。參見圖1，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中公開的二極管箝位型的五電平逆變器拓撲圖。圖1所示的是半橋五電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。二極管用于為各個開關(guān)器件進行電壓箝位。例如，第一二極管DBl用于將開關(guān)器件Tl下端的電位箝位于第一電容Cl的下端；第二二極管DB2用于將開關(guān)器件T5下端的電位箝位于第一電容Cl的下端。其他二極管DB3、DB4、DB5和DB6類似，在此不再贅述。由于箝位二極管需要阻斷多倍電平電壓，通常需要多個相同標稱值的二極管串聯(lián)，這些二極管串聯(lián)起來共同承受圖1中二極管DB2承受的電壓。由于二極管的分散性以及雜散參數(shù)的影響，標稱值相同的二極管所能承受的壓力也有所差別，這樣串聯(lián)起來可能引起有的二極管兩端過電壓。因此，需要均壓電路措施和很大的RC吸收電路，但是這樣將導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，成本增加，且損耗較多，效率較低。

實用新型內(nèi)容本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種五電平逆變單元及五電平逆變器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中逆變器系統(tǒng)體積龐大，成本增加，且損耗較多，效率較低等技術(shù)問題。本申請公開了一種五電平逆變單元，包括第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、第五開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第六開關(guān)器件、第七開關(guān)器件、第八開關(guān)器件、第九二極管和第十二極管；每個所述開關(guān)器件均反向并聯(lián)一個二極管，分別為第一二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第二二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管；該逆變單元的第一直流輸入端與第三開關(guān)器件的第一端相連；第二直流輸入端與第六開關(guān)器件的第二端相連；第三直流輸入端與第四開關(guān)器件的第一端相連；第四直流輸入端與第七開關(guān)器件的第二端相連；第五直流輸入端與第九二極管的陽極和第十二極管的陰極相連；第四開關(guān)器件的第二端與第一開關(guān)器件的第一端以及第九二極管的陰極相連；第三開關(guān)器件的第二端與第五開關(guān)器件的第二端相連；第六開關(guān)器件的第一端與第八開關(guān)器件的第一端相連；第七開關(guān)器件的第一端與第二開關(guān)器件的第二端以及第十二極管的陽極相連；第一開關(guān)器件的第二端、第五開關(guān)器件的第一端、第八開關(guān)器件的第二端、第二開關(guān)器件的第一端相連，且與該逆變單元的交流輸出節(jié)點相連。進一步地，該五電平逆變單元具有十個工作模態(tài)，分別為:第一工作模態(tài):第一開關(guān)器件和第九二極管導(dǎo)通，電流路徑:第五直流輸入端-第九二極管-第一開關(guān)器件-該逆變單元的交流輸出節(jié)點；第二工作模態(tài):第三開關(guān)器件和第五二極管導(dǎo)通，電流路徑為:第一直流輸入端-第三開關(guān)器件-第五二極管-交流輸出節(jié)點；第三工作模態(tài):第一開關(guān)器件和第四開關(guān)器件導(dǎo)通，電流路徑為:第三直流輸入端-第四開關(guān)器件-第一開關(guān)器件-交流輸出節(jié)點；第四工作模態(tài):第二開關(guān)器件和第十二極管導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第二開關(guān)器件-第十二極管-第五直流輸入端；第五工作模態(tài):第六開關(guān)器件和第八二極管導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第八二極管-第六開關(guān)器件-第二直流輸入端；第六工作模態(tài):第二開關(guān)器件和第七開關(guān)器件導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第二開關(guān)器件-第七開關(guān)器件-第四直流輸入端；第七工作模態(tài):第一二極管和第四二極管導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第一二極管-第四二極管-第三直流輸入端；第八工作模態(tài) 第七二極管和第二二極管導(dǎo)通，電流路徑為:第四直流輸入端-第七二極管-第二二極管-交流輸出節(jié)點；第九工作模態(tài):第五開關(guān)器件和第三二極管導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第五開關(guān)器件-第三二極管-第一直流輸入端；第十工作模態(tài):第六二極管和第八開關(guān)器件導(dǎo)通，電流路徑為:第二直流輸入端-第六二極管-第八開關(guān)器件-交流輸出節(jié)點。對應(yīng)不同電平數(shù)情況下，該五電平逆變單元的各開關(guān)器件的驅(qū)動信號分別為:+2電平:第一開關(guān)器件和第四開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，第三開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平或低電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平；+1電平:第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第五開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平；O電平:第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平；-1電平:第二開關(guān)器件、第六開關(guān)器件、第八開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平；-2電平 :第二開關(guān)器件、第七開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，第六開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平或低電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平。本申請還公開了一種五電平逆變器，包括一個上述五電平逆變單元，其中:第一直流正電平端與第一直流輸入端相連，第二直流正電平端與第三直流輸入端相連，直流零電平端與第五直流輸入端相連，第一直流負電平端與第二直流輸入端相連，第二直流負電平端與第四直流輸入端相連；第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連；第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連；第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同；第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連；該逆變器的第一交流輸出端與逆變單元的交流輸出節(jié)點相連，該逆變器的第二交流輸出端與逆變單元的第五直流輸入端相連。進一步地，上述五電平逆變器還包括由電感L501和電容C501形成的濾波模塊，其中:電感L501連接在逆變單元的交流輸出節(jié)點和該逆變器的第一交流輸出端之間，電容C501連接在該逆變器的第一交流輸出端和第二交流輸出端之間。本申請還公開了一種五電平逆變器，包括兩個上述五電平逆變單元:第一逆變單元和第二逆變單元；第一直流正電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第一直流輸入端相連；第一直流負電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第二直流輸入端相連；第二直流正電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第三直流輸入端相連；第二直流負電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第四直流輸入端相連；直流零電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第五直流輸入端相連；第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連；第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連；第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同；第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連；第一逆變單元和第二逆變單元的各交流輸出節(jié)點分別與該逆變器的第一交流輸出端和第二交流輸出端相連。進一步地，上述五電平逆變器還包括電感L1701、電感L1702和電容C1701，其中:電感L1701連接在第一逆變單元的交流輸出節(jié)點和該逆變器的第一交流輸出端之間，電感L1702連接在第二逆變單元的交流輸出節(jié)點和該逆變器的第二交流輸出端之間，電容C1701連接在該逆變器的第一交流輸出端和第二交流輸出端之間。本申請還公開了一種五電平逆變器，包括三個上述五電平逆變單元:第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元；第一直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第一直流輸入端相連；第一直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第二直流輸入端相連；第二直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第三直流輸入端相連；第二直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第四直流輸入端相連；直流零電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第五直流輸入端相連；第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連；第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連；第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同；第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連；第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元中的各交流輸出節(jié)點分別與該逆變器的第一交流輸出端、第二交流輸出端和第三交流輸出端相連。
進一步地，上述五電平逆變器還包括電感L1901、電感L1902、電感L1903、電容C1901、電容C1902和電容C1903，其中:第一逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L1901、電容C1901、電容C1902和電感L1902與第二逆變單元的交流輸出節(jié)點相連 ’第三逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L1903和電容C1903與電容C1901和電容C1902的連接線相連；電感L1901和電容C1901的連接線與該逆變器的第一交流輸出端相連，電感L1902和電容C1902的連接線與該逆變器的第二交流輸出端相連，電感L1903和電容C1903的連接線與該逆變器的第三交流輸出端相連。本申請還公開了一種五電平逆變器，包括四個上述五電平逆變單元:第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元；第一直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第一直流輸入端相連；第一直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第二直流輸入端相連；第二直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第三直流輸入端相連；第二直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第四直流輸入端相連；直流零電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第五直流輸入端相連；第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連；第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連；第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同；第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連；第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元中的各交流輸出節(jié)點分別與該逆變器的第一交流輸出端、第二交流輸出端、第三交流輸出端和第四交流輸出端相連。進一步地，上述五電平逆變器還包括電感L2201、電感L2202、電感L2203、電容C2201、電容C2202和電容C2203，其中:第二逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L2201、電容C2201、電容C2202和電感L2202與第三逆變單元的交流輸出節(jié)點相連 ’第四逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L2203和電容C2203與電容C2201和電容C2202的連接線相連；第一逆變單元的交流輸出節(jié)點與電容C2201、電容C2202的連接線相連；電感L2201、電容C2201的連接線與該逆變器的第一交流輸出端相連，電容C2202和電感L2202的連接線與該逆變器的第二交流輸出端相連，電感L2203和電容C2203的連接線與該逆變器的第三交流輸出端相連。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本申請公開的五電平逆變單元包括分別接有反并聯(lián)二極管的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、第五開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第六開關(guān)器件、第七開關(guān)器件、第八開關(guān)器件，以及兩個鉗位二極管，即第九二極管和第十二極管；相對于現(xiàn)有技術(shù)，半導(dǎo)體器件少，減小了體積和成本，降低了損耗，提高了效率，無需額外的均壓電路措施；此外，本申請公開的五電平逆變單元具有十種工作模態(tài)，包括五種有功工作模態(tài)和五種無功工作模態(tài)，滿足交流負載或交流電網(wǎng)對無功的需求，相對于現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用范圍廣；并且由于每個電平都具有相應(yīng)的有功路徑和無功路徑，保證了逆變單元在發(fā)送有功或無功時，輸出電流THD很小。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本申 請公開的五電平逆變器在實現(xiàn)單相和多相應(yīng)用時，保證整個逆變器的半導(dǎo)體器件少，減小了體積和成本，降低了損耗，提高了效率，無需額外的均壓電路措施；此外，本申請公開的五電平逆變器具有十種工作模態(tài)，包括五種有功工作模態(tài)和五種無功工作模態(tài)，滿足交流負載或交流電網(wǎng)對無功的需求，相對于現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用范圍廣；并且由于每個電平都具有相應(yīng)的有功路徑和無功路徑，保證了逆變器在在發(fā)送有功或無功時，輸出電流THD很小。當然，實施本申請的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

為了更清楚地說明本申請實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中二極管箝位型五電平逆變器拓撲圖；圖2為本申請公開的五電平逆變單元實施例一的拓撲圖；圖3為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例一的拓撲圖；圖4為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例二的拓撲圖；[0031]圖5為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三的拓撲圖；圖6為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例四的拓撲圖；圖7為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第一工作模態(tài)的拓撲圖；圖8為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第二工作模態(tài)的拓撲圖；圖9為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第三工作模態(tài)的拓撲圖；圖10為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第四工作模態(tài)的拓撲圖；圖11為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第五工作模態(tài)的拓撲圖；圖12為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第六工作模態(tài)的拓撲圖；圖13為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第七工作模態(tài)的拓撲圖；圖14為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第八工作模態(tài)的拓撲圖；圖15為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第九工作模態(tài)的拓撲圖；圖16為本申請公開的單相半橋五電平逆變器實施例三處于第十工作模態(tài)的拓撲圖；圖17為本申請公開的五電平逆變單元實施例一的等效模塊圖；圖18為本申請公開的單相全橋五電平逆變器實施例四的拓撲圖；圖19為本申請公開的單相全橋五電平逆變器實施例五的拓撲圖；圖20為本申請公開的三相五電平逆變器實施例六的拓撲圖；圖21為本申請公開的三相五電平逆變器實施例七的拓撲圖；圖22為本申請公開的三相五電平逆變器實施例八的拓撲圖；圖23為本申請公開的三相五電平逆變器實施例九的拓撲圖；圖24為本申請公開的三相五電平逆變器實施例十的拓撲圖；圖25為圖5所示單相半橋五電平逆變器輸出逆變電壓U和輸出并網(wǎng)電流i的波形。
具體實施方式
下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。參考圖2，其示出了本申請公開的一種五電平逆變單元實施例一的拓撲圖，所述五電平逆變單元包括:包括第一開關(guān)器件Tl、第三開關(guān)器件TA1、第四開關(guān)器件TA2、第五開關(guān)器件TA3、第二開關(guān)器件T2、第六開關(guān)器件TB1、第七開關(guān)器件TB2、第八開關(guān)器件TB3、第九二極管DFl和第十二極管DF2 ;每個所述開關(guān)器件均反向并聯(lián)一個二極管，分別為第一二極管D1、第三二極管DA1、第四二極管DA2、第五二極管DA3、第二二極管D2、第六二極管DB1、第七二極管DB2、第八二極管DB3 ;該逆變單元的第一直流輸入端Ml與第三開關(guān)器件TAl的第一端相連；第二直流輸入端M2與第六開關(guān)器件TBl的第二端相連；第三直流輸入端M3與第四開關(guān)器件TA2的第一端相連；第四直流輸入端M4與第七開關(guān)器件TB2的第二端相連；第五直流輸入端M5與第九二極管DFl的陽極和第十二極管DF2的陰極相連；第四開關(guān)器件TA2的第二端與第一開關(guān)器件Tl的第一端以及第九二極管DFl的陰極相連；第三開關(guān)器件TAl的第二端與第五開關(guān)器件TA3的第二端相連；第六開關(guān)器件TBl的第一端與第八開關(guān)器件TB3的第一端相連；第七開關(guān)器件TB2的第一端與第二開關(guān)器件T2的第二端以及第十二極管DF2的陽極相連；第一開關(guān)器件Tl的第二端、第五開關(guān)器件TA3的第一端、第八開關(guān)器件TB3的第二端、第二開關(guān)器件T2的第一端相連，且與該逆變單元的交流輸出節(jié)點相連。其中，以上開關(guān)器件可以為IGBT管、MOSFET管、IGCT管、或IEGT管。可以理解的是，以上開關(guān)器件也可以選擇其他類型的開關(guān)器件。以上與開關(guān)器件反向并聯(lián)的二極管可以為獨立的二極管，也可以是與開關(guān)器件封裝集成在一起的二極管。需要說明的是，當開關(guān)器件選用IGBT時，上述各開關(guān)器件的第一端指的是集電極，第二端指的是發(fā)電極；當開關(guān)器件選用MOSFET時，上述各開關(guān)器件的第一端指的是漏極，第二端指的是源極。根據(jù)開關(guān)器件的特性可以推知，根據(jù)實際應(yīng)用場合還可以選用其他類型的開關(guān)器件。參考圖17，其示出了本申請公開的五電平逆變單元實施例一等效模塊圖。實際應(yīng)用中，本申請公開的五電平逆變單元還可以按照圖17封裝成模塊或芯片使用。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本申請公開的五電平逆變單元包括分別接有反并聯(lián)二極管的第一開關(guān)器件Tl、第三開關(guān)器件TA1、第四開關(guān)器件TA2、第五開關(guān)器件TA3、第二開關(guān)器件T2、第六開關(guān)器件TB1、第七開關(guān)器件TB2、第八開關(guān)器件TB3，以及兩個鉗位二極管即第九二極管DFl和第十二極管DF2，相對于現(xiàn)有技術(shù)，半導(dǎo)體器件少，減小了體積和成本，降低了損耗，提高了效率，無需額外的均壓電路措施。本申請公開的五電平逆變單元具有十種工作模態(tài)，包括五種有功工作模態(tài)和五種無功工作模態(tài)。五種有功工作模態(tài)包括第一工作模態(tài)、第二工作模態(tài)、第三工作模態(tài)、第五工作模態(tài)、第六工作模態(tài)，具體如下:第一工作模態(tài):第一開關(guān)器件Tl和第九二極管DFl導(dǎo)通，電流路徑:第五直流輸入端M5-第九二極管DFl-第一開關(guān)器件Tl-該逆變單元的交流輸出節(jié)點；第二工作模態(tài):第三開關(guān)器件TAl和第五二極管DA3導(dǎo)通，電流路徑為:第一直流輸入端Ml-第三開關(guān)器件TAl-第五二極管DA3-交流輸出節(jié)點；第三工作模態(tài):第一開關(guān)器件Tl和第四開關(guān)器件TA2導(dǎo)通，電流路徑為:第三直流輸入端M3-第四開關(guān)器件TA2-第一開關(guān)器件Tl-交流輸出節(jié)點；第五工作模態(tài):第六開關(guān)器件TBl和第八二極管DB3導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第八二極管DB3-第六開關(guān)器件TBl-第二直流輸入端M2 ；第六工作模態(tài):第二開關(guān)器件T2和第七開關(guān)器件TB2導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第二開關(guān)器件T2-第七開關(guān)器件TB2-第四直流輸入端M4。五種無功工作模態(tài)包括第四工作模態(tài)、第七工作模態(tài)、第八工作模態(tài)、第九工作模態(tài)、第十工作模態(tài)，具體如下:第四工作模態(tài):第二開關(guān)器件T2和第十二極管DF2導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第二開關(guān)器件T2-第十二極管DF2-第五直流輸入端M5 ；第七工作模態(tài):第一二極管Dl和第四二極管DA2導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第一二極管Dl-第四二極管DA2-第三直流輸入端M3 ；第八工作模態(tài):第七二極管DB2和第二二極管D2導(dǎo)通，電流路徑為:第四直流輸入端M4-第七二極管DB2-第二二極管D2-交流輸出節(jié)點；第九工作模態(tài):對應(yīng)于圖15，第五開關(guān)器件TA3和第三二極管DAl導(dǎo)通，電流路徑為:交流輸出節(jié)點-第五開關(guān)器件TA3-第三二極管DAl-第一直流輸入端Ml ；第十工作模態(tài):第六二極管DBl和第八開關(guān)器件TB3導(dǎo)通，電流路徑為:第二直流輸入端M2-第六二極管DBl-第八開關(guān)器件TB3-交流輸出節(jié)點。由上述可知，本申請公開的五電平逆變單元具有十種工作模態(tài)，包括五種有功工作模態(tài)和五種無功工作模態(tài)，滿足交流負載或交流電網(wǎng)對無功的需求，相對于現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用范圍廣；并且由于每個電平都具有相應(yīng)的有功路徑和無功路徑，保證了逆變單元在發(fā)送有功或無功時，輸出電流THD很小。本申請還公開 的五電平逆變單元八個開關(guān)器件的驅(qū)動信號，參見下表:
權(quán)利要求1.一種五電平逆變單元，其特征在于，包括第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、第五開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第六開關(guān)器件、第七開關(guān)器件、第八開關(guān)器件、第九二極管和第十二極管；每個所述開關(guān)器件均反向并聯(lián)一個二極管，分別為第一二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第二二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管； 該逆變單元的第一直流輸入端與第三開關(guān)器件的第一端相連； 第二直流輸入端與第六開關(guān)器件的第二端相連； 第三直流輸入端與第四開關(guān)器件的第一端相連； 第四直流輸入端與第七開關(guān)器件的第二端相連； 第五直流輸入端與第九二極管的陽極和第十二極管的陰極相連； 第四開關(guān)器件的第二端與第一開關(guān)器件的第一端以及第九二極管的陰極相連； 第三開關(guān)器件的第二端與第五開關(guān)器件的第二端相連； 第六開關(guān)器件的第一端與第八開關(guān)器件的第一端相連； 第七開關(guān)器件的第一端與第二開關(guān)器件的第二端以及第十二極管的陽極相連； 第一開關(guān)器件的第二端、第五開關(guān)器件的第一端、第八開關(guān)器件的第二端、第二開關(guān)器件的第一端相連，且與該逆變單元的交流輸出節(jié)點相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平逆變單元，其特征在于， 對應(yīng)不同電平數(shù)情況下，該五電平逆變單元的各開關(guān)器件的驅(qū)動信號分別為: +2電平:第一開關(guān)器件和第四開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，第三開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平或低電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平； +1電平:第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第五開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平； O電平:第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平； -1電平:第二開關(guān)器件、第六開關(guān)器件、第八開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平； -2電平:第二開關(guān)器件、第七開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平，第六開關(guān)器件的驅(qū)動信號為高電平或低電平，其余開關(guān)器件的驅(qū)動信號為低電平。
3.—種五電平逆變器，其特征在于，包括一個如權(quán)利要求1或2所述的逆變單元，其中: 第一直流正電平端與第一直流輸入端相連，第二直流正電平端與第三直流輸入端相連，直流零電平端與第五直流輸入端相連，第一直流負電平端與第二直流輸入端相連，第二直流負電平端與第四直流輸入端相連； 第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連； 第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連； 第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同； 第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連； 該逆變器的第一交流輸出端與逆變單元的交流輸出節(jié)點相連，該逆變器的第二交流輸出端與逆變單元的第五直流輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五電平逆變器，其特征在于，還包括由電感L501和電容C501形成的濾波模塊，其中:電感L501連接在逆變單元的交流輸出節(jié)點和該逆變器的第一交流輸出端之間，電容C501連接在該逆變器的第一交流輸出端和第二交流輸出端之間。
5.一種五電平逆變器，其特征在于，包括兩個如權(quán)利要求1或2所述的逆變單元:第一逆變單元和第二逆變單元； 第一直流正電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第一直流輸入端相連； 第一直流負電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第二直流輸入端相連； 第二直流正電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第三直流輸入端相連； 第二直流負電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第四直流輸入端相連； 直流零電平端與第一逆變單元和第二逆變單元的各第五直流輸入端相連； 第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連； 第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連； 第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同； 第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連； 第一逆變單元和第二逆變單元的各交流輸出節(jié)點分別與該逆變器的第一交流輸出端和第二交流輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的五電平逆變器，其特征在于，還包括電感L1701、電感L1702和電容C1701，其中: 電感L1701連接在第一逆變單元的交流輸出節(jié)點和該逆變器的第一交流輸出端之間，電感L1702連接在第二逆變單元的交流輸出節(jié)點和該逆變器的第二交流輸出端之間，電容C1701連接在該逆變器的第一交流輸出端和第二交流輸出端之間。
7.—種五電平逆變器，其特征在于，包括三個如權(quán)利要求1或2所述的逆變單元:第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元； 第一直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第一直流輸入端相連； 第一直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第二直流輸入端相連； 第二直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第三直流輸入端相連； 第二直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第四直流輸入端相連； 直流零電平端與第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元的各第五直流輸入端相連； 第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連； 第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連； 第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同； 第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連； 第一逆變單元、第二逆變單元和第三逆變單元中的各交流輸出節(jié)點分別與該逆變器的第一交流輸出端、第二交流輸出端和第三交流輸出端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的五電平逆變器，其特征在于，還包括電感L1901、電感L1902、電感L1903、電容C1901、電容C1902和電容C1903，其中: 第一逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L1901、電容C1901、電容C1902和電感L1902與第二逆變單元的交流輸出節(jié)點相連；第三逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L1903和電容C1903與電容C1901和電容C1902的連接線相連；電感L1901和電容C1901的連接線與該逆變器的第一交流輸出端相連，電感L1902和電容C1902的連接線與該逆變器的第二交流輸出端相連，電感L1903和電容C1903的連接線與該逆變器的第三交流輸出端相連。
9.一種五電平逆變器，其特征在于，包括四個如權(quán)利要求1或2所述的逆變單元:第一逆變單元、第二逆變單元、 第三逆變單元和第四逆變單元； 第一直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第一直流輸入端相連； 第一直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第二直流輸入端相連； 第二直流正電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第三直流輸入端相連； 第二直流負電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第四直流輸入端相連； 直流零電平端與第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元的各第五直流輸入端相連； 第一直流正電平端通過依次串聯(lián)的第一直流電容和第二直流電容與第一直流負電平端相連； 第二直流正電平端通過依次串聯(lián)的第三直流電容和第四直流電容與第二直流負電平端相連； 第一直流電容和第二直流電容的容值相同，第三直流電容和第四直流電容的容值相同； 第一直流電容和第二直流電容的連接線與第三直流電容和第四直流電容的連接線相連并與直流零電平端相連；第一逆變單元、第二逆變單元、第三逆變單元和第四逆變單元中的各交流輸出節(jié)點分別與該逆變器的第一交流輸出端、第二交流輸出端、第三交流輸出端和第四交流輸出端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的五電平逆變器，其特征在于，還包括電感L2201、電感L2202、電感L2203、電容C2201、電容C2202和電容C2203，其中: 第二逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L2201、電容C2201、電容C2202和電感L2202與第三逆變單元的交流輸出節(jié)點相連； 第四逆變單元的交流輸出節(jié)點通過依次串聯(lián)的電感L2203和電容C2203與電容C2201和電容C2202的連接線相連； 第一逆變單元的交流輸出節(jié)點與電容C2201、電容C2202的連接線相連； 電感L2201、電容C2201的連接線與該逆變器的第一交流輸出端相連，電容C2202和電感L2202的連接線與該逆變器的第二交流輸出端相連，電感L2203和電容C2203的連接線與該逆變器的第三交流輸出 端相連。
專利摘要本申請公開的五電平逆變單元包括八個反向并聯(lián)二極管的開關(guān)器件和二個與開關(guān)器件串聯(lián)的二極管，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本申請公開的五電平逆變單元在實現(xiàn)單相和多相應(yīng)用時在保證為電流提供通路的同時，保證整個逆變器的半導(dǎo)體器件較少，體積較小，成本較低，同時損耗較小，效率較高；并且具有五種有功工作模態(tài)和五種無功工作模態(tài)，滿足交流負載或交流電網(wǎng)對無功的需求，相對于現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用范圍廣；并且由于每個電平都具有相應(yīng)的有功路徑和無功路徑，保證了在發(fā)送有功或無功時，輸出電流THD很小。
文檔編號H02M7/483GK202949375SQ20122053187
公開日2013年5月22日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者倪華, 代尚方, 李曉迅, 汪洪亮 申請人:陽光電源股份有限公司