本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏发电系统及其三相五电平逆变器的拓扑结构。
背景技术
光伏逆变器在光伏发电系统中起着至关重要的作用，用于将光伏组件中的直流电转换成满足并网要求的交流电。随着风能、太阳能等可再生能源的大力发展，对逆变器的性能要求变得越来越高。
逆变器的拓扑结构是影响系统运行的重要因素，现有技术中的逆变器各式各样，各自的转换效率，开关损耗等方面有很多不同。常见的三相五电平的拓扑结构可参见图1，由前级网络以及三相五电平桥臂构成，可以将前级网络的五个端口按照从上至下的顺序，称为前级网络的第一端至第五端，这5端依次与三相五电平桥臂的第一端至第五端连接，图1通常也称为三相五电平npc逆变器。
随着功率逆变器拓扑的提出，实现升压和降压功能的逆变器变得更有必要。但是现有技术中的三相五电平npc逆变器并不具备升压以及降压的功能。
综上所述，设计出具有升压以及降压功能的三相五电平逆变器，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种光伏发电系统及其三相五电平逆变器的拓扑结构，以提供具有升压以及降压功能的三相五电平逆变器。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种三相五电平逆变器的拓扑结构，包括：用于输出直流电的前级网络，第一t源网络，第二t源网络以及用于通过输出端输出三相五电平交流电的三相五电平桥臂；
所述前级网络的第二端至第四端依次与所述三相五电平桥臂的第二端至第四端连接，所述前级网络的第一端为所述前级网络的正极，所述前级网络的第五端为所述前级网络的负极；
所述第一t源网络包括：
原边绕组的第一端与所述前级网络的第一端连接，原边绕组的第二端与副边绕组的第二端连接，其公共端与第一电容的第一端连接，副边绕组的第一端与所述三相五电平桥臂的第一端连接的第一变压器；
第二端与第二电容的第二端连接的所述第一电容；
所述第二t源网络包括：
原边绕组的第一端与所述前级网络的第五端连接，原边绕组的第二端与副边绕组的第二端连接，其公共端与所述第二电容的第一端连接，副边绕组的第一端与所述三相五电平桥臂的第五端连接的第二变压器；
所述第二电容；
其中，所述第一变压器的原边绕组的第一端与所述第一变压器的副边绕组的第一端为所述第一变压器的同名端；所述第二变压器的原边绕组的第一端与所述第二变压器的副边绕组的第一端为所述第二变压器的同名端。
优选的，所述前级网络包括：
正极作为所述前级网络的第一端的第一直流电源；
正极与所述第一直流电源的负极连接，其公共端作为所述前级网络的第二端的第二直流电源；
正极与所述第二直流电源的负极连接，其公共端作为所述前级网络的第三端的第三直流电源；
正极与所述第三直流电源的负极连接，其公共端作为所述前级网络的第四端，负极作为所述前级网络的第五端的第四直流电源；
其中，所述前级网络中的4个直流电源的输出电压均相等。
优选的，所述三相五电平桥臂包括24个开关管，针对构成所述三相五电平桥臂的三相电路中的每相电路，该相电路包括：
第一端与所述第一变压器的副边绕组的第一端连接，第二端与第二开关管的第一端以及第五开关管的第一端均连接的第一开关管；
第二端与第三开关管的第一端以及第七开关管的第一端均连接的所述第二开关管；
第二端与第四开关管的第一端以及第八开关管的第二端均连接的所述第三开关管；
第二端与所述第二变压器的副边绕组的第一端连接的所述第四开关管；
第二端与所述前级网络的第二端连接的所述第五开关管；
第一端与所述前级网络的第三端连接，第二端与所述第七开关管的第二端连接的第六开关管；
所述第七开关管；
第一端与所述前级网络的第四端连接的所述第八开关管。
优选的，所述三相五电平桥臂中的24个开关管均为igbt，其中，各个igbt的集电极作为相应的开关管的第一端，发射极作为相应的开关管的第二端。
优选的，还包括：
阳极与所述前级网络的第一端连接，阴极与所述第一变压器的原边绕组的第一端连接的第一二极管；
阴极与所述前级网络的第五端连接，阳极与所述第二变压器的原边绕组的第一端连接的第二二极管。
优选的，所述第一变压器以及所述第二变压器均为低漏感变压器。
优选的，所述前级网络中的4个直流电源均为直流电压源。
优选的，所述前级网络中的4个直流电源均为直流电流源。
优选的，所述第一变压器为原边绕组的匝数以及副边绕组的匝数均可调节的变压器，所述第二变压器为原边绕组的匝数以及副边绕组的匝数均可调节的变压器。
一种光伏发电系统，包括上述任一项所述的三相五电平逆变器的拓扑结构。
应用本发明实施例所提供的技术方案，包括：用于输出直流电的前级网络，第一t源网络，第二t源网络以及用于通过输出端输出三相五电平交流电的三相五电平桥臂；前级网络的第二端至第四端依次与三相五电平桥臂的第二端至第四端连接，前级网络的第一端为前级网络的正极，前级网络的第五端为前级网络的负极；第一t源网络包括：原边绕组的第一端与前级网络的第一端连接，原边绕组的第二端与副边绕组的第二端连接，其公共端与第一电容的第一端连接，副边绕组的第一端与三相五电平桥臂的第一端连接的第一变压器；第二端与第二电容的第二端连接的第一电容；第二t源网络包括：原边绕组的第一端与前级网络的第五端连接，原边绕组的第二端与副边绕组的第二端连接，其公共端与第二电容的第一端连接，副边绕组的第一端与三相五电平桥臂的第五端连接的第二变压器；第二电容；其中，第一变压器的原边绕组的第一端与第一变压器的副边绕组的第一端为第一变压器的同名端；第二变压器的原边绕组的第一端与第二变压器的副边绕组的第一端为第二变压器的同名端。
本申请的方案中，由于设置了两个t源网络，第一t源网络中包括第一变压器以及第一电容，第二t源网络中包括第二变压器以及第二电容，使得该三相五电平逆变器具有升压以及降压的功能。并且需要说明的是，当仅设置有第一t源网络或者仅设置有第二t源网络时，该三相五电平逆变器同样具有升压以及降压的功能，但申请人发现，同时设置两个本申请中的t源网络，相较于仅设置一个t源网络，会大为降低输出谐波，也就会提高三相五电平逆变器的输出功率。综上所述，本申请的方案提供了具有升压以及降压功能的三相五电平逆变器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1为现有技术中三相五电平npc逆变器的结构示意图；
图2为本发明中三相五电平逆变器的拓扑结构的一种示意图；
图3为本发明中三相五电平逆变器的拓扑结构的另一种示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种三相五电平逆变器的拓扑结构，提供了具有升压以及降压功能的三相五电平逆变器。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图2，图2为本发明中一种三相五电平逆变器的拓扑结构的示意图，包括：用于输出直流电的前级网络10，第一t源网络20，第二t源网络30以及用于通过输出端输出三相五电平交流电的三相五电平桥臂40。
前级网络10中包括了直流电源，在三相五电平逆变器的拓扑结构中，前级网络10部分通常有5个输出端口，用于与相应的三相五电平桥臂40进行连接，以使得将前级网络10输出的直流电转换为交流电。常见的前级网络可参见图1，图1中，直流电源vdc的正极与电容c1连接，其公共端即为该前级网络的第一端，相应的，电容c1与电容c2的公共端即为该前级网络的第二端，电容c2与电容c3的公共端即为该前级网络的第三端，电容c3与电容c4的公共端即为该前级网络的第四端，直流电源vdc的负极与电容c4连接，其公共端即为该前级网络的第五端。
本申请的方案中，前级网络10的第二端至第四端依次与三相五电平桥臂40的第二端至第四端连接，前级网络10的第一端为前级网络10的正极，前级网络10的第五端为前级网络10的负极。图2中，前级网络10的第一端至第五端依次标示为1至5。相应的，图2中，作为后级部分的三相五电平桥臂40中的1至5依次表示三相五电平桥臂40的第一端至第五端。
第一t源网络20包括第一变压器21以及第一电容22，第二t源网络30包括第二变压器31以及第二电容32。
第一变压器21的原边绕组的第一端与前级网络10的第一端连接，第一变压器21的原边绕组的第二端与第一变压器21的副边绕组的第二端连接，其公共端与第一电容22的第一端连接，第一变压器21的副边绕组的第一端与三相五电平桥臂40的第一端连接。
第一电容22的第二端与第二电容32的第二端连接。
第二变压器31的原边绕组的第一端与前级网络10的第五端连接，第二变压器31的原边绕组的第二端与第二变压器31的副边绕组的第二端连接，其公共端与第二电容32的第一端连接，第二变压器31的副边绕组的第一端与三相五电平桥臂40的第五端连接。
其中，第一变压器21的原边绕组的第一端与第一变压器21的副边绕组的第一端为第一变压器21的同名端；第二变压器31的原边绕组的第一端与第二变压器31的副边绕组的第一端为第二变压器31的同名端。
由于设置了两个t源网络，第一t源网络20中包括了第一变压器21以及第一电容22，第二t源网络30中包括了第二变压器31以及第二电容32，使得本申请提供的三相五电平逆变器具有升压以及降压的能力，在具体实施时，可以通过对第一变压器21的绕组的设定以及调节，对第二变压器31的绕组的设定以及调节，实现该三相五电平逆变器的升、降压幅度的调整。
需要指出的是，当本申请的方案中只含有一个t源网络时，即仅含有第一t源网络20或者仅含有第二t源网络30时，相应的三相五电平逆变器依旧具有升、降压的功能。例如，当仅包含第一t源网络20时，将第一t源网络20中的第一电容22的第二端与前级网络10的第五端连接，可以设定以及调节第一t源网络20中的第一变压器21的绕组，进而实现对逆变器的升、降压幅度的改变。申请人通过实验数据以及理论分析之后发现，在三相五电平逆变器的拓扑结构中，设置两个t源网络，相较于仅设置一个t源网络，可以使得该三相五电平逆变器输出电压的谐波含量更少，也就提高了输出功率。此外，在具体实施时的硬件电路的排布中，第一t源网络20以及第二t源网络30可以对称排布以进一步减小谐波。
应用本发明实施例所提供的技术方案，包括：用于输出直流电的前级网络，第一t源网络，第二t源网络以及用于通过输出端输出三相五电平交流电的三相五电平桥臂；前级网络的第二端至第四端依次与三相五电平桥臂的第二端至第四端连接，前级网络的第一端为前级网络的正极，前级网络的第五端为前级网络的负极；第一t源网络包括：原边绕组的第一端与前级网络的第一端连接，原边绕组的第二端与副边绕组的第二端连接，其公共端与第一电容的第一端连接，副边绕组的第一端与三相五电平桥臂的第一端连接的第一变压器；第二端与第二电容的第二端连接的第一电容；第二t源网络包括：原边绕组的第一端与前级网络的第五端连接，原边绕组的第二端与副边绕组的第二端连接，其公共端与第二电容的第一端连接，副边绕组的第一端与三相五电平桥臂的第五端连接的第二变压器；第二电容；其中，第一变压器的原边绕组的第一端与第一变压器的副边绕组的第一端为第一变压器的同名端；第二变压器的原边绕组的第一端与第二变压器的副边绕组的第一端为第二变压器的同名端。
本申请的方案中，由于设置了两个t源网络，第一t源网络中包括第一变压器以及第一电容，第二t源网络中包括第二变压器以及第二电容，使得该三相五电平逆变器具有升压以及降压的功能。并且需要说明的是，当仅设置有第一t源网络或者仅设置有第二t源网络时，该三相五电平逆变器同样具有升压以及降压的功能，但申请人发现，同时设置两个本申请中的t源网络，相较于仅设置一个t源网络，会大为降低输出谐波，也就会提高三相五电平逆变器的输出功率。综上所述，本申请的方案提供了具有升压以及降压功能的三相五电平逆变器。
在本发明的一种具体实施方式中，前级网络10包括：
正极作为前级网络10的第一端的第一直流电源；
正极与第一直流电源的负极连接，其公共端作为前级网络10的第二端的第二直流电源；
正极与第二直流电源的负极连接，其公共端作为前级网络10的第三端的第三直流电源；
正极与第三直流电源的负极连接，其公共端作为前级网络10的第四端，负极作为前级网络10的第五端的第四直流电源；
其中，前级网络10中的4个直流电源的输出电压均相等。
在通常的多电平逆变器中，使用一个直流电源以及若干个电容完成对该直流电源的分压，理想情况下，这几个电容两端具有相同大小的电压。申请人考虑到，实际应用中电容电压存在波动，使得输出的电压出现偏差，因此在该种实施方式中，使用4个直流电源取代传统的一个电源以及若干个电容的方案，各个直流电源的输出电压均相等，避免了电容电压的波动情况。可参见图3所示，该种实施方式中，使用了4个直流电压源，即第一直流电源至第四直流电源均为直流电压源，图3中依次表示为udc1，udc2，udc3以及udc4。当然，在其他实施方式中，根据实际情况的需要，各个直流电源也可以为直流电流源，并不影响本发明的实施。
在本发明的一种具体实施方式中，三相五电平桥臂40包括24个开关管，针对构成三相五电平桥臂40的三相电路中的每相电路，该相电路包括：
第一端与第一变压器21的副边绕组的第一端连接，第二端与第二开关管的第一端以及第五开关管的第一端均连接的第一开关管；
第二端与第三开关管的第一端以及第七开关管的第一端均连接的第二开关管；
第二端与第四开关管的第一端以及第八开关管的第二端均连接的第三开关管；
第二端与第二变压器31的副边绕组的第一端连接的第四开关管；
第二端与前级网络10的第二端连接的第五开关管；
第一端与前级网络10的第三端连接，第二端与第七开关管的第二端连接的第六开关管；
第七开关管；
第一端与前级网络10的第四端连接的第八开关管。
在本申请的该种实施方式中，三相五电平桥臂40包括24个开关管，相较于现有技术中的三相五电平npc逆变器的桥臂，减小了18个钳位二极管的使用，也就使得结构更加简单，因此可以使得该三相五电平逆变器的成本更低，可靠性更高。在具体实施时，这24个开关管可以均为igbt管，可参见图3，sa1至sa8依次表示a相电路的第一至第八开关管，相应的，sb1至sb8依次表示b相电路的第一至第八开关管，sc1至sc8依次表示c相电路的第一至第八开关管。当使用igbt作为开关管时，可以将该igbt的集电极作为相应的开关管的第一端，发射极作为相应的开关管的第二端，而门极可以作为控制端接收逆变器的控制单元的控制信号，以控制该igbt的导通状态。图3中，24个开关管均为igbt管。各个igbt的开关状态可参阅下表。
表1：
在本发明的一种具体实施方式中，还包括：
阳极与前级网络10的第一端连接，阴极与第一变压器21的原边绕组的第一端连接的第一二极管；
阴极与前级网络10的第五端连接，阳极与第二变压器31的原边绕组的第一端连接的第二二极管。
第一二极管以及第二二极管的设置，可以保证电流的单相流动，可以避免对反向电流对各个直流电源造成的破坏，提高输出的交流电压的质量。可参见图3，第一二极管表示为d1，第二二极管表示为d2，
在本发明的一种具体实施方式中，第一变压器21以及第二变压器31均为低漏感变压器。考虑到变压器的漏感较大时，会使得变压器的传递效率变低，进而影响该逆变器的输出功率，此外，变压器的漏感还可能与电路中的电容器件组成振荡回路，引发电磁干扰等不利情况。因此，在具体实施时，可以选择低漏感的第一变压器21以及低漏感的第二变压器31。当然，在实际应用中，也可以根据实际需要进行其他类别的变压器的选择，并不影响本发明的实施。
在本发明的一种具体实施方式中，第一变压器21为原边绕组的匝数以及副边绕组的匝数均可调节的变压器，第二变压器31为原边绕组的匝数以及副边绕组的匝数均可调节的变压器。考虑到在逆变器启动过程中，第一变压器21以及第二变压器31的绕组均可能与电路中的电容发生谐振，因此可以选取原边绕组的匝数以及副边绕组的匝数均可调节的第一变压器21以及第二变压器31，通过启动过程中对第一变压器21的原边绕组以及副边绕组的匝数调节，以及第二变压器31的原边绕组以及副边绕组的匝数调节，避免启动时其与电路中的电容发生的谐振情况。
相应与上述的三相五电平逆变器的拓扑结构的实施例，本发明实施例还提供了一种光伏发电系统，该光伏发电系统可以包括上述任一实施例中的三相五电平逆变器的拓扑结构，此处不重复说明。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的光伏发电系统而言，由于其与实施例公开的三相五电平逆变器的拓扑结构相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见三相五电平逆变器的拓扑结构的部分的说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。