一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构的制作方法

本发明涉及一种电力电子
技术领域：
，具体涉及一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构。
背景技术：
随着大功率电力变换的发展，越来越多的场合更加注重高电平低谐波的多电平电路结构的应用，多电平大功率的电力变换系统可以用于风力发电，光伏逆变等领域。然而在大功率使用场合中，如何降低损耗、提高效率、减少输出波形谐波，都是系统设计人员需要考虑的问题。多电平技术的发展应用，可以有效地减少输出端电压的谐波，使得输出的正弦电压波形更加平滑。多电平的电路中，对电力开关管的耐压要求有所降低，这样对于降低成本，维护电路稳定有积极的意义。当前广泛应用的有两电平、三电平等多电平技术。当前关于已经提出的六电平研究中，还存在开关损耗大、模式开关状态切换复杂以及死区效应难以消除等问题。技术实现要素：(一)要解决的技术问题现有的关于六电平技术中存在着电路结构过于复杂，系统的整体效率不高，开关损耗大，系统的谐波含量大，同时控制方法复杂，死区效应难以消除等不足，针对这些不足，本发明要解决的问题是改善电压波形，增加电平数来降低谐波含量，同时可以有效降低系统整体的开关通断损耗的用于电力变换装置的六电平拓扑结构。(二)技术方案要实现上述目的，本发明的技术方案包括：第一方面，本发明提供了一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，所述电路包括由第一母线电容c1、第二母线电容c2、第三母线电容c3、第四母线电容c4、第五母线电容c5依次同向串联组成的左路，由第一开关器件a1、第二开关器件a2、第三开关器件a3、第三开关器件a3、第四开关器件a4、第五开关器件a5、第六开关器件a6依次串联的组成的右路，由第九开关器件a9组成的中路一，由第七开关器件a7和第十开关器件a10串联组成的中路二，由第八开关器件a8和第十一开关器件a11串联的组成的中路三，由第十二开关器件a12组成的中路四，以及三个用于稳压储能的箝位电容；所述右路中，靠近第一开关器件a1的一端接外部直流母线电压正极，靠近第六开关器件a6的一端接外部直流母线电压负极，第三开关器件a3与第四开关器件a4之间引出输出端子；所述中路一的一端分别接所述左路中第一母线电容负极c1与第二母线电容c2正极，另外一端接于所述右路第一开关器件a1与第二开关器件a2之间；所述中路二中，靠近第十开关器件a10的一端分别接所述左路中第二母线电容负极c2和第三母线电容c3正极，靠近第七开关器件a7的另外一端接于所述右路第二开关器件a2与第三开关器件a3之间；所述中路三中，靠近第十一开关器件a11的一端分别接所述左路中第三母线c3电容负极和第四母线电容c4正极，靠近第八开关器件a8的另外一端接于所述右路第四开关器件a4与第五开关器件a5之间；所述中路四的一端分别接所述左路中第四母线电容c4负极与第五母线电容c5正极，另外一端接于右路第五开关器件a5与第六开关器件a6之间；所述左路中，第一母线电容c1正极接外部直流母线电压正极，第五母线电容负极c5接外部直流母线电压负极；第一箝位电容ca1正极接于右路中第一开关器件a1与第二开关器件之间a2，负极接于所述中路二中第七开关器件a7与第十开关器件a10之间；第二箝位电容ca2正极接第一箝位电容ca1负极，负极接所述中路三中第八开关器件a8与第十一开关器件a10之间；第三钳位电容ca3正极接第二箝位电容ca3负极，正极接所述右路中第五开关器件a5与第六开关器件a6之间。可选地，所述第一至第六开关器件中每一个开关器件均包括一个开关管；所述第七至第十二开关器件中每一个开关器件均包括两个反向串联的开关管。所述右路中，第一开关器件a1中的第一开关管sa1、第二开关器件a2中的第二开关管sa2、第三开关器件a3中的第三开关管sa3、第四开关器件a3中的第四开关管sa4、第五开关器件a5中的第五开关管sa5、第六开关器件a6中的第六开关管同向串联，第一开关管sa1的正极接外部直流母线电压正极，第六开关管sa6负极接外部直流母线电压负极；所述中间路一中，第九开关器件包括第十一开关管sa91和第十二开关管sa92，第十一开关管sa91的正极分别接所述左路中第一母线电容负极c1与第二母线电容c2正极，负极接第十二开关管sa92的负极，第十二开关管sa92的正极分别接所述右路中第一开关管sa1的负极第二开关管sa2的正极；所述中间路二中，第七开关器件包括第七开关管sa71和第八开关管sa72，第十开关器件包括第十三开关管sa101和第十四开关管sa102，第十三开关管sa101、第十四开关管sa102、第七开关管sa71、第八开关管sa72依次交替反向串联，第十三开关管sa101正极分别接所述左路中第二母线电容负极c2和第三母线电容c3正极，第八开关管sa72正极分别接右路中第二开关管sa2的负极第三开关管sa3的正极；所述中间路三中，第八开关器件包括第九开关管sa81和第十开关管sa82，第十一开关器件包括第十五开关管sa111和第十六开关管sa112，第十五开关管sa111、第十六开关管sa112、第九开关管sa81、第十开关管sa82依次交替反向串联，第十五开关管sa111正极分别接所述左路中第三母线电容负极c2和第四母线电容c4正极，第十开关管sa82的正极分别接右路中第四开关管sa4的负极和第五开关管sa5的正极；所述中间路四中，第十二开关器件包括第十七开关管sa121和第十八开关管sa122，第十七开关管sa121的正极分别接所述左路中第四母线电容负极c4与第五母线电容c5正极，负极接第十八开关管sa122的负极，第十八开关管sa122的正极分别接所述右路中第五开关管sa5的负极第六开关管sa6的正极。优选地，所述第一至第十八开关管均反向并联一个二极管，即所述开关管sa1的正极连所述二极管da1的负极，所述开关管sa1的负极连所述二极管da1的正极。所述开关管为全控型开关器件，包括场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。所述电路输入侧依次接在第一母线电容正极、第二母线电容正极、第三母线电容正极、第四母线电容正极、第五母线电容正极和第五母线电容负极。所述母线电容/箝位电容的值为直流母线电源电压的五分之一。第二方面，本发明提供了一种三相六电平电路拓扑结构，包括所述的六电平电路拓扑结构，三个六电平电路拓扑结构并联于直流母线。第三方面，本发明提供了一种六电平逆变器，包括所述的六电平电路拓扑结构，通过驱动电路控制所述六电平电路拓扑结构中的至少一个开关器件的导通，以输出所述六电平逆变器所需的至少一种电平。在所述逆变器的每一个六电平电路拓扑结构中，若外部直流母线电源电压为5e，则每一个箝位电容为e，每一个母线电容为e；e为大于零的自然数；在驱动电路驱动每一个六电平电路拓扑结构中的第一、第二、第三开关器件导通，第四至第十二开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的5e电平；或者，第二、第三、第九开关器件导通，第二、第三、第九开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4e电平；或者，第一、第三、第七开关器件导通，第一、第三、第七开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4e电平；或者，第二、第三、第十二开关器件导通，第二、第三、第十二开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4e电平；或者，第二、第三、第十一开关器件导通，第二、第三、第十一开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4e电平；或者，第二、第三、第十开关器件导通，第二、第三、第十开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4e电平；或者，第三、第七、第十开关器件导通，第三、第七、第十开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的3e电平；或者，第三、第七、第九开关器件导通，第三、第七、第九开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的3e电平；或者，第一、第八、第四开关器件导通，第一、第八、第四开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的3e电平；或者，第二、第三、第六开关器件导通，第二、第三、第六开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的3e电平；或者，第三、第七、第十二开关器件导通，第三、第七、第十二开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的3e电平；或者，第三、第七、第十一开关器件导通，第三、第七、第十一开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的3e电平；或者，第四、第八、第十开关器件导通，第四、第八、第十开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的2e电平；或者，第一、第五、第四开关器件导通，第一、第五、第四开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的2e电平；或者，第三、第六、第七开关器件导通，第三、第六、第七开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的2e电平；或者，第四、第八、第十二开关器件导通，第四、第八、第十二开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的2e电平；或者，第四、第八、第十一开关器件导通，第四、第八、第十一开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的2e电平；或者，第四、第五、第十二开关器件导通，第四、第五、第十二开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的e电平；或者，第四、第五、第十一开关器件导通，第四、第五、第十一开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的e电平；或者，第四、第五、第十开关器件导通，第四、第五、第十开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的e电平；或者，第四、第五、第九开关器件导通，第四、第五、第九开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的e电平；或者，第四、第六、第八开关器件导通，第四、第六、第八开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的e电平；或者，第四、第五、第六开关器件导通，第四、第五、第六开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的0电平。(三)有益效果本发明采用了多重化结构，能够有效减少开关损耗，降低电路中电压的谐波，同时具有三电平拓扑的输出容量大，输出电压高，以及电流谐波含量小的优点，在控制开关管方面同样可以灵活控制，能够有效消除死区效应。可应用于逆变器等电力变换装置。1、本发明提出了一种用于电力变换系统的六电平拓扑，除多电平共有的输出谐波低、电磁干扰小等优点外，此拓扑结构可以通过选择不同的开关模式，能够减少在开关转换过程中同一时间导通关断开关管的个数，能够有效地减少开关损耗，可以提高电平转换系统的整体的效率。同时输出的电压质量高，电压波形平滑，谐波较少，而且在开关管的控制方面也得以简化，提高了整个系统的变换效率，此拓扑结构有良好的容错运行能力和可靠性，可以有效消除死区效应，可广泛应用于逆变器、变频器等电力变换装置。2、本发明提出的逆变器拓扑结构在输出相同电压时，可以选择最简单的开关模式，简化开关管的控制过程，最大化的减少开关损耗，同时有利于死区补偿，可以有效地解决中性点不平衡的问题，可以有效地提高系统的效率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例一单相六电平电路拓扑结构图；图2为本发明实施例二单相六电平电路拓扑结构图；图3为本发明实施例三中输出电压为5e的电流路径图；图4为本发明中输出电压为4e的第一种电流路径图；图5为本发明中输出电压为4e的第二种电流路径图；图6为本发明中输出电压为4e的第三种电流路径图；图7为本发明中输出电压为4e的第四种电流路径图；图8为本发明中输出电压为4e的第五种电流路径图；图9为本发明中输出电压为3e的第一种电流路径图；图10为本发明中输出电压为3e的第二种电流路径图；图11为本发明中输出电压为3e的第三种电流路径图；图12为本发明中输出电压为3e的第四种电流路径图；图13为本发明中输出电压为3e的第五种电流路径图；图14为本发明中输出电压为3e的第六种电流路径图；图15为本发明中输出电压为2e的第一种电流路径图；图16为本发明中输出电压为2e的第二种电流路径图；图17为本发明中输出电压为2e的第三种电流路径图；图18为本发明中输出电压为2e的第四种电流路径图；图19为本发明中输出电压为2e的第五种电流路径图；图20为本发明中输出电压为2e的第六种电流路径图；图21为本发明中输出电压为e的第一种电流路径图；图22为本发明中输出电压为e的第二种电流路径图；图23为本发明中输出电压为e的第三种电流路径图；图24为本发明中输出电压为e的第四种电流路径图；图25为本发明中输出电压为e的第五种电流路径图；图26为本发明中输出电压为0的电流路径图；图27为本发明三相六电平电路拓扑结构图。具体实施方式为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例一如图1所示，本发明是一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，包括十二个开关器件a1～a12，五个母线电容c1～c5和三个箝位电容ca1～ca3。所述六电平电路拓扑结构包括第一母线电容c1～第五母线电容c5依次同向串联组成的左路，由第一开关器件a1～第六开关器件a6依次串联的组成的右路，由第九开关器件a9组成的中路一，由第七开关器件a7和第十开关器件a10串联组成的中路二，由第八开关器件a8和第十一开关器件a11串联的组成的中路三，由第十二开关器件a12组成的中路四。在所述右路中：第一开关器件a1一端接外部直流母线电压正极，另外一端接第二开关器件a2，第三开关器件a2一端接第二开关器件a2，另外一端接第四开关器件a4，第五开关器件a5一端接第四开关器件a4，另外一端接第六开关器件a6，第六开关器件a6的另外一端接外部直流母线电压负极，第三开关器件a3与第四开关器件a4之间引出输出端子。所述中路一中：第九开关器件a9一端分别接所述左路中第一母线电容负极c1与第二母线电容c2正极，另外一端接于所述右路第一开关器件a1与第二开关器件a2之间；所述中路二中：第十开关器件a10的一端分别接所述左路中第二母线电容负极c2和第三母线电容c3正极，另外一端接第七开关器件，第七开关器件a7的另外一端接于所述右路第二开关器件a2与第三开关器件a3之间。所述中路三中：第十一开关器件a11的一端分别接所述左路中第三母线c3电容负极和第四母线电容c4正极，另外一端接第八开关器件a8，第八开关器件a8的另外一端接于所述右路第四开关器件a4与第五开关器件a5之间。所述中路四中：第十二开关器件a12的一端分别接所述左路中第四母线电容c4负极与第五母线电容c5正极，另外一端接于右路第五开关器件a5与第六开关器件a6之间。所述左路中：第一母线电容c1正极接外部直流母线电压正极，第五母线电容负极c5接外部直流母线电压负极。所述电路中中路一与中路二之间，中路二与中路三之间，中路三与中路四之间均设有用于稳压储能的箝位电容，其连接方式为：第一箝位电容ca1正极接于右路中第一开关器件a1与第二开关器件之间a2，负极接于所述中路二中第七开关器件a7与第十开关器件a10之间；第二箝位电容ca2正极接第一箝位电容ca1负极，负极接所述中路三中第八开关器件a8与第十一开关器件a10之间；第三钳位电容ca3正极接第二箝位电容ca3负极，正极接所述右路中第五开关器件a5与第六开关器件a6之间。可选地，所述第一至第六开关器件中每一个开关器件均包括一个开关管；所述第七至第十二开关器件中每一个开关器件均包括两个反向串联的开关管。如图所示，第一开关器件a1包括第一开关管sa1，第二开关器件a2中包括第二开关管sa2，第三开关器件a3包括第三开关管sa3、第四开关器件a4包括第四开关管sa4，第五开关器件a5包括第五开关管sa5、第六开关器件a6包括第六开关管。第九开关器件包括第十一开关管(sa91)和第十二开关管(sa92)。第七开关器件包括第七开关管(sa71)和第八开关管(sa72)，第十开关器件包括第十三开关管(sa101)和第十四开关管(sa102)。第八开关器件包括第九开关管(sa81)和第十开关管(sa82)，第十一开关器件包括第十五开关管(sa111)和第十六开关管(sa112)。第十二开关器件包括第十七开关管(sa121)和第十八开关管(sa122)。可选地，所述开关管均反向并联一个二极管。即所述开关管(sa1)的正极连所述二极管(da1)的负极，所述开关管(sa1)的负极连所述二极管(da1)的正极。实施例二本发明一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，如图2所示，包括十八个开关管sa1～sa6、sa71～sa72、sa81～sa82、sa91～sa92、sa101～sa102、sa111～sa112、sa121～sa122，五个母线电容c1～c5和三个箝位电容ca1～ca3。十八个开关管中，四个开关管连接成第一t型单元，四个开关管连接成第二t型单元，十个开关管连接成一个π型单元。第一～第五母线电容依次同向串联连接后，整体并联连接于直流母线上。t型单元与π型结构单元之间设有箝位电容，t型单元与π型结构单元连接后整体并联于直流母线上。第一开关管sa1、第二开关管sa2、第十一开关管sa91、第十二开关管sa92组成第一t型单元；第五开关管sa5、第六开关管sa6、第十七开关管sa121、第十八开关管sa122组成第二t型单元；第三、第四、第七、第八、第九、第十、第十三、第十四、第十五、第十六开关管sa3、sa4、sa71、sa72、s81、s82、sa101、sa102、sa111、sa112组成π型结构单元。其中，第一t型单元包括由第一开关管sa1组成的右上臂一、由第二开关管sa2组成的右下臂一，由第十一开关管sa91和第十二开关管sa92组成的中间臂一。第一开关管sa1和第二开关管sa2同向串接，第十一开关管sa91和第十二开关管sa92反向串接。中间臂一一接于第一母线电容、第二母线电容之间，另外一端接于右上臂一的第一开关管sa1与右下臂一的第二开关管sa2之间。即，第十一开关管sa91正极分别接直流母线上第一母线电容负极和第二母线电容正极，负极接第十二开关管sa92负极，第十二开关管sa92负极分别接第一开关管sa1的负极和第二开关管sa2正极。右上臂一一端接直流母线电压正极，另外一端接右下臂一。即，第一开关管sa1的正极接直流母线电压正极，负极接右上臂一中第二开关管sa2的正极。第二t型单元结构与第一t型单元相同，包括由第五开关管sa5组成的右上臂二、由第六开关管sa6组成的右下臂二，由组成的中间臂二。第五开关管sa5和第六开关管sa6同向串接，第十七开关管sa121和第十八开关管sa122反向串接。中间臂二一端接于第四母线电容、第五母线电容之间，另外一端接于右上臂二的第五开关管sa5与右下臂二的第六开关管sa6之间。即，第十七开关管sa121正极分别接直流母线上第四母线电容负极和第五母线电容正极，负极接第十八开关管sa122负极，第十八开关管sa122负极分别接，第四开关管sa4的负极和第五开关管sa6正极。右下臂二一端接直流母线电压负极，另外一端接右上臂二。即，第六开关管sa6的负极接直流母线电压负极，正极接右上臂二中第五开关管sa2的负极。π型结构单元包括由两个同向串接的第三、第四开关管sa3、sa4组成的右臂，由第十三开关管sa101、第十四开关管sa102、第七开关管sa71、第八开关管sa72依次交替串联的上中间臂，由第十五开关管sa111、第十六开关管sa112、第九开关管s81、第十开关管s82依次交替串联的下中间臂。π型结构单元的上中间臂一端接于第二、第三母线电容之间，另外一端接于第一t型单元的右下臂一与π型结构单元的右臂之间。即，第十三开关管sa101的正极分别接第二母线电容负极和第三母线电容正极，负极接第十四开关管sa102负极，第八开关管sa72正极分别接第二开关管sa2负极和第三开关管sa3正极。π型结构单元的下中间臂一端接于第三、第四母线电容之间，另外一端接于第二t型单元的右上臂二与π型结构单元的右臂之间。即，第十五开关管sa111的正极分别接第三母线电容负极和第四母线电容正极，负极接第十六开关管sa112负极，第十开关管s82正极分别接第四开关管sa4负极和第五开关管sa5正极。π型结构单元的右臂一端分别接π型结构单元的上中间臂和第一t型单元的右下臂，另外一端分别接π型结构单元的下中间臂和第二t型单元的右上臂。即，第三开关管sa3的正极分别接第二开关管sa2的负极和第八开关管sa72的负极，第四开关管sa4的负极分别接第五开关管sa5的正极和第十开关管sa82的正极。π型结构单元的右臂中第三、第四开关管sa3、sa4之间引出输出端子。第一t型单元与π型单元的节点之间，第二t型单元与π型单元的节点之间设有第一、第三箝位电容，π型结构单元的上中间臂接于两个箝位电容ca1、ca2之间，下中间臂接于两个箝位电容ca2、ca3之间。π型单元内设有第二箝位电容。即，在第十二开关管sa92和第十四开关管sa102之间、第十四开关管sa102和第十六开关管之间，第十六开关管sa112和第十八开关管sa122之间分别串接第一、二、三箝位电容ca1、ca2、ca3。这三个电容同样承担五分之一的母线电压。第一箝位电容ca1的正极分别接第一开关管的负极和第二开关管的正极之间，并且和第十二开关管sa92的负极相连，负极接第七开关管的正极和sa71第十四开关管sa102的正极之间。第三箝位电容ca2的正极分别接第九开关管sa81的正极和第十四开关管sa112的正极之间，负极接第五开关管的负极和第六开关管的正极之间，并且和第十八开关管sa122的正极极相连。第二箝位电容ca2的正极接第一箝位电容ca1的负极，负极接第三箝位电容ca3的正极。箝位电容可以实现电压充放电的自平衡。单相六电平拓扑结构的输入端接母线电容，具体为：单相六电平单元的六个输入端依次接在第一母线电容c1正极、第二母线电容c2正极、第三母线电容c3正极、第四母线电容c4正极、第五母线电容c5正极和第五母线电容c5负极。优选地，第一～十八开关管为场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管的全控型开关器件；第一～十八开关管器件本身若未集成二极管，均需另外反并联二极管。三相六电平电路拓扑结构如图27所示，三个单相的六电平电路并联就可以得到三相六电平输出电压。实施例三根据如图2所示拓扑结构的一种单相六电平逆变器，包括，五个母线电容c1～c5，十八个开关管sa1～sa6、sa71～sa72、sa81～sa82、sa91～sa92、sa101～sa102、sa111～sa112、sa121～sa122，三个箝位电容ca1、ca2、ca3。其中，第一～五母线电容c1～c5为直流母线上的五个电容，分别是五分之一的母线电压，整个系统的开关管sa1～sa6、sa71～sa72、sa81～sa82、sa91～sa92、sa101～sa102、sa111～sa112、sa121～sa122均反并联二极管。12个开关管sa71～sa72、sa81～sa82、sa91～sa92、sa101～sa102、sa111～sa112、sa121～sa122两两组成的六对开关管组。每个开关管组所给的导通关断信号是同时的，为了便于整个系统的控制，每一对开关组中的两个开关管给定相同的驱动信号，整个系统的切换状态中都不考虑死区时间的话，通过上述控制方法可以最大化提高系统的整体的效率。六电平逆变器电路的右路由第一～六开关管sa1～sa6依次同向串联组成，第一开关管sa1的正极接外部直流母线电压正极，第六开关管sa6负极接外部直流母线电压负极。六电平逆变器电路的中间路一，由第十一开关管sa91和第十二开关管sa92反向串联组成。第十一开关管sa91的正极分别接所述左路中第一母线电容负极c1与第二母线电容c2正极，负极接第十二开关管sa92的负极，第十二开关管sa92的正极分别接所述右路中第一开关管sa1的负极第二开关管sa2的正极。六电平逆变器电路的中间路二，由第十三开关管sa101、第十四开关管sa102、第七开关管sa71、第八开关管sa72依次交替反向串联构成。第十三开关管sa101正极分别接所述左路中第二母线电容负极c2和第三母线电容c3正极，第八开关管sa72正极分别接右路中第二开关管sa2的负极第三开关管sa3的正极；六电平逆变器电路的中间路三，由第十五开关管sa111、第十六开关管sa112、第九开关管sa81、第十开关管sa82依次交替反向串联构成。第十五开关管sa111正极分别接所述左路中第三母线电容负极c2和第四母线电容c4正极，第十开关管sa82的正极分别接右路中第四开关管sa4的负极和第五开关管sa5的正极；六电平逆变器电路的中间路四，由第十七开关管sa121和第十八开关管sa122，反向串联构成。第十七开关管sa121的正极分别接所述左路中第四母线电容负极c4与第五母线电容c5正极，负极接第十八开关管sa122的负极，第十八开关管sa122的正极分别接所述右路中第五开关管sa5的负极第六开关管sa6的正极。在第十二、十四开关管sa92、sa102和第十四、十六开关管sa102、sa112第十六、十八开关管sa112、sa122之间分别串接第一、二、三箝位电容ca1、ca2、ca3，这三个电容同样承担五分之一的母线电压。第十一、十三、十五、十七开关管sa91、sa101、sa111、sa121分别接于第一母线电容c1的负极、第二母线电容c2的负极、第三母线电容c3的负极、第四母线电容c4的负极节点，第七开关管sa71与第九开关管sa81接于第一、二箝位电容的负极。由第三、四开关管sa3和sa4之间引出输出端子，第一箝位电容ca1正极接于第一～二开关管sa1、sa2之间，并与第十二开关管sa92的负极连接，第二箝位电容ca2负极接于第九开关管和第十六开关管sa81、sa112之间，并与第三箝位电容ca3的正极连接，第三箝位电容ca3的负极接于第六开关管和第十八开关管sa6、sa122之间，用以实现箝位电容电压的自平衡。当第一、二、三开关管sa1、sa2、sa3导通时，其他开关管不工作，输出端子的输出电压为5e，如图1中所示，可以通过控制开关管的导通关断，让输出端口输出六种不同的电平，六种输出电压分别为5e、4e、3e、2e、e和0，直流母线处电压为5e，五种不同的开关状态如表1所示；输出电压为5e的电路图如图3所示，包括开关管sa1、sa2、sa3导通，电流由母线正极经开关管sa1、sa2、sa3输出。输出电压为4e的电路图如图4、图5、图6、图7、图8所示，图4的开关状态是开关管sa91、sa92、sa2、sa3导通，电流由第二母线电容c2正极经开关管sa91、sa92、sa2、sa3输出。图5的开关状态是开关管sa71、sa72、sa1、sa3导通，电流由第一母线电容正极经sa1、ca1、sa71、sa72、sa3输出。图6的开关状态是开关管sa121、sa122、sa2、sa3导通，电流由第五母线电容c5正极经sa121、sa122、ca3、ca2、ca1、sa2、sa3输出。图7的开关状态是开关管sa111、sa112、sa2、sa3导通，电流由第四母线电容c4正极经sa111、sa112、ca2、ca1、sa2、sa3输出。图8的开关状态是开关管sa101、sa102、sa2、sa3导通，电流由第三母线电容c3正极经sa101、sa102、ca1、sa2、sa3输出。输出电压为3e的电路图如图9、图10、图11、图12、图13、图14所示，图9的开关状态是开关管sa101、sa102、sa71、sa72、sa3导通，电流由第三母线电容c3正极经sa101、sa102、sa71、sa72、sa3输出。图10的开关状态是开关管sa91、sa92、sa71、sa72、sa3导通，电流由第二母线电容c2正极经sa91、sa92、ca1、sa71、sa72、sa3输出。图11的开关状态是开关管sa1、sa81、sa82、sa4导通，电流由第一母线电容c1正极经sa1、ca1、ca2、sa81、sa82、sa4输出。图12的开关状态是开关管sa6、sa2、sa3导通，电流由母线负极经sa6、ca3、ca2、ca1、sa2、sa3输出。图13的开关状态是开关管sa121、sa122、sa71、sa72、sa3导通，电流由第五母线电容c5正极经sa121、sa122、ca3、ca2、sa71、sa72、sa3输出。图14的开关状态是开关管sa111、sa112、sa71、sa72、sa3导通，电流由第四母线电容c4正极经sa111、sa112、ca2、sa71、sa72、sa3输出。输出电压为2e的电路图如图15、图16、图17、图18、图19、图20所示，图15的开关状态是开关管sa101、sa102、sa81、sa82、sa4导通，电流由第三母线电容15正极经sa101、sa102、ca2、sa81、sa82、sa4输出。图16的开关状态是开关管sa91、sa92、sa81、sa82、sa4导通，电流由第二母线电容c2正极经开关管sa91、sa92、ca1、ca2、sa81、sa82、sa4输出。图17的开关状态是开关管sa1、sa5、sa4导通，电流由第一母线电容c1正极经sa1、ca1、ca2、ca3、sa5、sa4输出。图18的开关状态是开关管sa6、sa71、sa72、sa3导通，电流由母线负极经sa6、ca3、ca2、sa71、sa72、sa3输出。图19的开关状态是开关管sa121、sa122、sa81、sa82、sa4导通，电流由第五母线电容c5正极经开关管sa121、sa122、ca3、sa81、sa82、sa4输出。图20的开关状态是开关管sa111、sa112、sa81、sa82、sa4导通，电流由第四母线电容c4正极经开关管sa111、sa112、sa81、sa82、sa4输出。输出电压为e的电路图如图21、图22、图23、图24、图25所示，图21的开关状态是开关管sa121、sa122、sa5、sa4导通，电流由第五母线电容c5正极经开关管sa121、sa122、sa5、sa4输出。图22的开关状态是开关管sa111、sa112、sa5、sa4导通，电流由第四母线电容c4正极经sa111、sa112、ca3、sa5、sa4输出。图23的开关状态是开关管sa101、sa102、sa5、sa4导通，电流由第三母线电容c3正极经sa101、sa102、ca2、ca3、sa5、sa4输出。图24的开关状态是开关管sa91、sa92、sa5、sa4导通，电流由第二母线电容c2正极经sa91、sa92、ca1、ca2、ca3、sa5、sa4输出。图25的开关状态是开关管sa6、sa81、sa82、sa4导通，电流由母线负极经sa6、ca3、sa81、sa82、sa4输出。输出电压为0的电路图如图26所示，图26的开关状态是开关管sa6、sa5、sa4导通，电流由母线负极经开关管sa6、sa5、sa4输出。这种开关方式，能够通过不同的开关方式来输出一种电压，通过切换开关管的导通状态来输出不同的电平，切换输出电压时可以选择相近的开关管的关断，最大化的减少开关管的开通和关断损耗，从而提高整个系统的效率。单相六电平逆变器桥臂的导通状态如表一所示，其中，vo为输出端子输出所述六电平逆变器所需的电平：表一：sa1101000001000sa2110111000100sa3111111110111sa4000000001000sa5000000000000sa6000000000100sa71、sa72001000110010sa81、sa82000000001000sa91、sa92010000010000sa101、sa102000001100000sa111、sa112000010000001sa121、sa122000100000010vo5e4e4e4e4e4e3e3e3e3e3e3e表一(续)：上述的单相六电平拓扑可以通过并联形成三相六电平拓扑如图27所述，在三相六电平的控制中只需控制各个开关管的导通关断即可以输出三相交流电。最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12