专利名称：简化的五电平电压源逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种五电平电压源逆变器，属于电力电子变换器领域。
背景技术：
多电平变换器具有器件电压应力低、输出波形总谐波畸变率(total harmonicdistortion, THD)低、系统电磁干扰(electromagnetic interference, EMI)小、损耗小等优点，受到并网发电、新能源、燃料电池、交流电机调速领域的极大关注。多电平变换器分为二极管钳位型、飞跨电容型和级联型3种基本类型。随着电平数增加，其所需钳位器件数成2倍甚至平方关系增长，除了增加系统成本和控制复杂度外，大量的器件意味着发生故障的可能性增大。而为了获得更高电平的输出，人们通常需要更为复杂的拓扑结构，这一缺点限制了多电平技术的应用。
发明内容
本发明解决了现有的五电平电压源逆变器拓扑结构复杂、使用器件数量多的问题，提出了简化的五电平电压源逆变器。本发明由直流电源、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、五电平降压电路和两电平电压源逆变电路组成，电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4串联后与直流电源的两个输出端并联，所述电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4的电容量相同,五电平降压电路的第一输入端与直流电源的正极相连，五电平降压电路的第二输入端与电容Cl和电容C2的连接端相连，五电平降压电路的第三输入端与电容C2和电容C3的连接端相连，五电平降压电路的第四输入端与电容C3和电容C4的连接端相连，五电平降压电路的第五输入端与直流电源的负极相连，五电平降压电路的第一输出端与两电平电压源逆变电路的第一输入端相连，五电平降压电路的第二输出端与两电平电压源逆变电路的第二输入端相连。现有的五电平逆变器其结构复杂，每一相输出桥臂都需要8个IGBT开关和6个钳位二极管；而本发明的新型拓扑结构在嵌入降阶电路之后，每相桥臂仅仅需要两个IGBT开关且不需要任何的钳位二级管，大大简化了逆变器的拓扑结构。本发明简化了五电平的拓扑结构，降低了器件的数量，并且实现了更高电平的输出，使得多电平技术得到更好、更广泛的应用。
图1是简化的五电平电压源逆变器的拓扑结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的简化的五电平电压源逆变器，它由直流电源1、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、五电平降压电路2和两电平电压源逆变电路3组成，电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4串联后与直流电源I的两个输出端并联，所述电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4的电容量相同,五电平降压电路2的第一输入端P与直流电源I的正极相连，五电平降压电路2的第二输入端与电容Cl和电容C2的连接端O1相连，五电平降压电路2的第三输入端与电容C2和电容C3的连接端O2相连，五电平降压电路2的第四输入端与电容C3和电容C4的连接端O3相连，五电平降压电路2的第五输入端N与直流电源I的负极相连，五电平降压电路2的第一输出端与两电平电压源逆变电路3的第一输入端P’相连，五电平降压电路2的第二输出端与两电平电压源逆变电路3的第二输入端N’相连。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一所述的简化的五电平电压源逆变器的不同点在于，所述五电平降压电路2是由九个IGBT开关Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6、Sb7、Sb8和Sb9组成,所述第一 IGBT开关Sbi的集电极作为五电平降压电路2的第一输入端P，第一IGBT开关Sbi的发射极与第二 IGBT开关Sb2的集电极相连后作为五电平降压电路2的第一输出端，第二 IGBT开关Sb2的发射极同时与第三IGBT开关Sb3的发射极和第四IGBT开关Sb4的集电极相连，所述第三IGBT开关Sb3的集电极作为五电平降压电路2的第二输入端，第四IGBT开关Sb4的发射极同时与第五IGBT开关Sb5的集电极和第六IGBT开关Sb6的集电极相连，所述第五IGBT开关Sb5的发射极作为五电平降压电路2的第三输入端，第六IGBT开关Sb6的发射极同时与第七IGBT开关Sb7的集电极和第八IGBT开关Sb8的集电极相连，所述第七IGBT开关Sb7的发射极作为五电平降压电路2的第四输入端，第八IGBT开关Sb8的发射极端与第九IGBT开关Sb9的集电极端相连后作为五电平降压电路2的第二输出端，第九IGBT开关Sb9的发射极端作为五电平降压电路2的第五输入端N。
具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
二所述的简化的五电平电压源逆变器的不同点在于，所述五电平降压电路2的九个IGBT开关的状态与所述五电平降压电路2的两个输出端输出的两个电平和\之间的关系如表一所不:表一
权利要求
1.简化的五电平电压源逆变器，其特征在于，它由直流电源(I)、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、五电平降压电路(2 )和两电平电压源逆变电路(3 )组成， 电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4串联后与直流电源(I)的两个输出端并联，所述电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4的电容量相同，五电平降压电路(2)的第一输入端(P)与直流电源(I)的正极相连，五电平降压电路(2)的第二输入端与电容Cl和电容C2的连接端(O1)相连，五电平降压电路(2)的第三输入端与电容C2和电容C3的连接端(O2)相连，五电平降压电路(2)的第四输入端与电容C3和电容C4的连接端(O3)相连，五电平降压电路(2)的第五输入端(N)与直流电源(I)的负极相连，五电平降压电路(2)的第一输出端与两电平电压源逆变电路(3)的第一输入端(P’ )相连，五电平降压电路(2)的第二输出端与两电平电压源逆变电路(3)的第二输入端(N’)相连。
2.根据权利要求1所述的简化的五电平电压源逆变器，其特征在于，所述五电平降压电路(2)是由九个 IGBT 开关(SB1、SB2, SB3> SB4、SB5、SB6、SB7、SB8 和 SB9)组成，所述第一 IGBT开关(Sbi)的集电极作为五电平降压电路(2)的第一输入端(P)，第一 IGBT开关(Sbi)的发射极与第二 IGBT开关(Sb2)的集电极相连后作为五电平降压电路(2)的第一输出端，第二IGBT开关(Sb2)的发射极同时与 第三IGBT开关(Sb3)的发射极和第四IGBT开关(Sb4)的集电极相连，所述第三IGBT开关(Sb3)的集电极作为五电平降压电路(2)的第二输入端，第四IGBT开关(Sb4)的发射极同时与第五IGBT开关(Sb5)的集电极和第六IGBT开关(Sb6)的集电极相连，所述第五IGBT开关(Sb5)的发射极作为五电平降压电路(2)的第三输入端，第六IGBT开关(Sb6)的发射极同时与第七IGBT开关(Sb7)的集电极和第八IGBT开关(Sb8)的集电极相连，所述第七IGBT开关(Sb7)的发射极作为五电平降压电路(2)的第四输入端，第八IGBT开关(Sb8)的发射极端与第九IGBT开关(Sb9)的集电极端相连后作为五电平降压电路(2)的第二输出端，第九IGBT开关(Sb9)的发射极端作为五电平降压电路(2)的第五输入端(N)。
3.根据权利要求2所述的简化的五电平电压源逆变器，其特征在于，所述五电平降压电路(2)的九个IGBT开关的状态与所述五电平降压电路(2)的两个输出端输出的两个电平V P，和VN，之间的关系如表一所不: 表一
4.根据权利要求1所述的简化的五电平电压源逆变器，其特征在于，所述两电平电压源逆变电路(3)为三相逆变桥电路。
5.根据权利要求4所述的简化的五电平电压源逆变器，其特征在于，所述两电平电压源逆变电路(3)的三个桥臂中每一相桥臂的上下两个开关管(Sxp和Sxn)的状态、五电平降压电路的九个IGBT开关的状态与所述两电平电压源逆变电路(3)输出端电压Vx。之间的关系如表二所示， 表二
全文摘要
简化的五电平电压源逆变器，涉及一种五电平电压源逆变器，属于电力电子变换器领域。本发明解决了现有的五电平电压源逆变器拓扑结构复杂、使用器件数量多的问题。简化的五电平电压源逆变器的四个电容串联后与直流电源的两个输出端并联，五电平降压电路的第一输入端与直流电源的正极相连，五电平降压电路的第二输入端与电容C1和电容C2的连接端相连，五电平降压电路的第三输入端与电容C2和电容C3的连接端相连，五电平降压电路的第四输入端与电容C3和电容C4的连接端相连，五电平降压电路的第五输入端与直流电源的负极相连，五电平降压电路的两个输出端分别与两电平电压源逆变电路的两个输入端相连。本发明适用于中高压、大功率的应用场合。
文档编号H02M7/483GK103078541SQ20131001741
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者刘洪臣, 卢志国, 王国立, 杨爽, 苏振霞 申请人:哈尔滨工业大学