一种五电平逆变器及其应用电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光伏新能源技术领域，特别涉及一种五电平逆变器及其应用电 路。
【背景技术】
[0002] 近年来多电平输出成为了中高压大功率变频领域的常用技术。其中，多电平逆变 器因其输出电压阶梯多，从而可以使输出的电压波形具有较小的谐波和较低的电压变化 率；且随着输出电平数的增加，其输出电压的谐波将减少。另外，多电平逆变技术在减小系 统的开关损耗与导通损耗，降低管子的耐压与系统的电磁干扰方面性能都非常优良。所以 目前的逆变器多采用多电平逆变器。
[0003] 现有技术中常用的二极管箝位式三电平以上的多电平逆变器，如图1所示，是利 用多个功率电容串联后并联在光伏逆变器的直流侧两端来实现的，逆变器中的各开关管依 次通过功率二极管与相应的功率电容相连，由于每个功率电容上输出的功率不相等，导致 功率电容上的电压会出现不相等现象，即出现所谓的功率电容电压不平衡现象。
[0004] 所以现有技术中的多电平逆变器缺少功率电容电压自平衡功能。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提供一种五电平逆变器及其应用电路，以解决现有技术中的多电平逆 变器缺少功率电容电压自平衡功能的问题。
[0006] 为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
[0007] -种五电平逆变器，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容和第二电容 的串联支路并联；所述五电平逆变器包括：开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二开关 管；所述第一开关管和所述第二开关管均反向并联一个二极管；其中：
[0008] 所述开关管单元的第一输入端作为所述五电平逆变器的第一输入端、与所述直流 电源的正端及所述第一电容的一端相连；所述开关管单元的第二输入端作为所述五电平逆 变器的第二输入端、与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述开关管单元的第 三输入端作为所述五电平逆变器的第三输入端、与所述直流电源的负端及所述第二电容的 另一端相连；
[0009] 所述钳位电容连接于所述开关管单元的第一输出端与第二输出端之间；
[0010] 所述第一开关管的第一端与所述开关管单元的第一输出端及所述钳位电容的一 端相连；
[0011] 所述开关管单元的第三输出端与所述第一开关管的第二端及所述第二开关管的 第一端相连，连接点作为所述五电平逆变器的输出端；
[0012] 所述第二开关管的第二端与所述开关管单元的第二输出端及所述钳位电容的另 一端相连。
[0013] 优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关 管、第七开关管、第八开关管、第九开关管及第十开关管；所述第三开关管、所述第四开关 管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管 及所述第十开关管均反向并联一个二极管；其中：
[0014] 所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；
[0015] 所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第二端相连，连接点为所述开关管 单元的第一输出端；
[0016] 所述第四开关管的第一端与所述第五开关管的第一端相连；
[0017] 所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端及所述第九开关管的第一 端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；
[0018] 所述第六开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连；
[0019] 所述第七开关管的第一端与所述第八开关管的第一端相连，连接点为所述开关管 单元的第二输出端；
[0020] 所述第八开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端；
[0021] 所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第二端相连；所述第十开关管的第 一端为所述开关管单元的第三输出端。
[0022] 优选的，所述开关管单元还包括：第十一开关管；所述第十一开关管的第一端与 所述第八开关管的第二端相连，所述第十一开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入 端。
[0023] 优选的，所述开关管单元还包括：第十二开关管；所述第十二开关管的第一端为 所述开关管单元的第一输入端，所述第十二开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相 连。
[0024] 优选的，所述开关管单元还包括：第十三开关管及第十四开关管；其中：
[0025] 所述第十三开关管的第一端与所述第八开关管的第二端相连，所述第十三开关管 的第二端为所述开关管单元的第三输入端；
[0026] 所述第十四开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端，所述第十四开关管 的第二端与所述第三开关管的第一端相连。
[0027] 一种五电平逆变器的应用电路，其特征在于，包括两个如上述任一所述的五电平 逆变器，分别为第一五电平逆变器和第二五电平逆变器；其中：
[0028] 所述第一五电平逆变器和所述第二五电平逆变器的第一输入端均连接所述直流 电源的正端；
[0029] 所述第一五电平逆变器和所述第二五电平逆变器的第二输入端均与所述第一电 容和所述第二电容的连接点相连；
[0030] 所述第一五电平逆变器和所述第二五电平逆变器的第三输入端均连接所述直流 电压的负端；
[0031] 所述第一五电平逆变器和所述第二五电平逆变器的输出端分别作为所述五电平 逆变器的应用电路的两个交流输出端。
[0032] 优选的，所述第一五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二五电平逆变器 由第二正弦波进行调制；
[0033] 所述第一正弦波和所述第二正弦波的相位相差180度或0度。
[0034] 一种五电平逆变器的应用电路，包括三个如上述任一所述的五电平逆变器，分别 为第一五电平逆变器、第二五电平逆变器和第三五电平逆变器；其中：
[0035] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的第一 输入端均连接所述直流电源的正端；
[0036] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的第二 输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；
[0037] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的第三 输入端均连接所述直流电压的负端；
[0038] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的输出 端分别作为所述五电平逆变器的应用电路的三个交流输出端。
[0039] 优选的，所述第一五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二五电平逆变器 由第二正弦波进行调制，所述第三五电平逆变器由第三正弦波进行调制；
[0040] 所述第一正弦波、所述第二正弦波和所述第三正弦波的相位互差120度。
[0041] 一种五电平逆变器的应用电路，包括三个如上述任一所述的五电平逆变器，分别 为第一五电平逆变器、第二五电平逆变器及第三五电平逆变器；其中：
[0042] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的第一 输入端均连接所述直流电源的正端；
[0043] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的第二 输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；
[0044] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的第三 输入端均连接所述直流电压的负端；
[0045] 所述第一五电平逆变器、所述第二五电平逆变器和所述第三五电平逆变器的输出 端分别作为所述五电平逆变器的应用电路的三个交流输出端；
[0046] 所述五电平逆变器的应用电路的另一个输出端与所述第一电容和所述第二电容 的连接点均接地。
[0047] 本实用新型提供的五电平逆变器，通过开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二 开关管的不同导通组合，当输出电压为正向时，有两个导通组合可以选择，且两个导通组合 的流向所述钳位的电流方向相反，因此可以对这两个导通组合的控制来平衡所述钳位电容 上的电压；同理，当输出电压为负向时，也可以对另外两个导通组合的控制来平衡所述钳位 电容上的电压；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。
【附图说明】
[0048] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0049] 图1是现有技术提供的五电平逆变器的结构示意图；
[0050] 图2是本实用新型实施例提供的五电平逆变器的结构示意图；
[0051] 图3是本实用新型实施例提供的第一种五电平逆变器拓扑图；
[0052] 图4是本实用新型实施例提供的第二种五电平逆变器拓扑图；
[0053] 图5是本实用新型实施例提供的第三种五电平逆变器拓扑图；
[0054] 图6是本实用新型实施例提供的第四种五电平逆变器拓扑图；
[0055] 图7a和7b是本实用新型实施例提供的五电平逆变器的应用示意图；
[0056] 图8a和8b是本实用新型实施例提供的两相五电平