多电平逆变器及系统的制作方法

本技术涉及电力，并且更具体地，涉及一种多电平逆变器及系统。

背景技术：

1、由于光伏和储能元件，无污染，易安装，易延拓，限制性小等优点，因此被应用于很多减碳节能场景。通常，光伏电池或者储能将能量转换成直流电模式。通常需要合适的转换器将直流电源转换为交流电源，然后注入电网。

2、逆变器(inverter)为一种将直流电(direct current，dc)转换为交流电(alternating current，ac)的变压器，广泛应用于不间断电源、光伏发电系统以及电动车辆等场景中。逆变器的输入端连接直流电源，输出端可以连接交流负载或进行交流并网，逆变器一般包括逆变电路和谐振电路，逆变电路用于将直流电转换为交流电，谐振电路用于将交流电转换为波形近似正弦曲线的交流输出。

3、随着逆变器技术的不断发展，多电平逆变器的应用日渐广泛。若逆变器输出端相电压有两种电平，这种电路称为二电平逆变器。若逆变器输出端相电压有两种以上的电平，这种电路称为多电平逆变器。多电平逆变器能够承载更高的电压，而且输出多种电平的波形更加接近正弦波。

4、目前，传统的逆变电路需要额外的二极管结合有源开关，或者需要额外的电容器，这导致逆变器器件成本增加。

技术实现思路

1、本技术提供一种多电平逆变器及系统，该多电平逆变器的拓扑结构能够减少达到相同电平数所需要的二极管和电容器的数量，降低器件成本。

2、第一方面，提供了一种多电平逆变器，包括：第一转换单元，用于将直流电dc转换为交流电ac；第一输入单元，包括n个第一电压输入模块，n为大于或等于2的整数，该n个第一电压输入模块与n个直流输入端一一对应，每个第一电压输入模块包括第一端口和第二端口，且每个第一电压输入模块包括开关管和二极管，其中，第n个第一电压输入模块的开关管的一端与第n个第一电压输入模块对应的直流输入端的正极连接，第n个第一电压输入模块的开关管的另一端与第一端口连接，第n个第一电压输入模块的二极管的一端与第n个第一电压输入模块对应的直流输入端的负极连接，该第n个第一电压输入模块的二极管的一端还与第二端口连接，第n个第一电压输入模块的二极管的另一端与第一端口连接，n个第一电压输入模块通过第一端口和第二端口串联连接，且串联连接的n个第一电压输入模块中最前端的第一电压模块的第一端口与第一转换单元的一个输入端连接，n个第一电压输入模块中最末端的第一电压输入模块的第二端口与第一转换单元的另一个输入端连接，第n个第一电压输入模块的开关管用于控制第n个第一电压输入模块对应的直流输入端的电流是否进入第一转换单元，n∈[1，n]。

3、通过本技术实施例，当构建相同电平数时，该逆变器拓扑结构可以有效减少二极管和电容器的数量，降低器件成本，并且能够有效减小整个逆变器的体积，可以适用于更大范围和更广阔的场景。

4、可选地，n个第一电压输入模块对应的二极管最大截止电压的比例为20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)。

5、其中，第一转换单元可以是dc/ac转换电路，或者dc/ac转换器等其他可以实现直流到交流的转化功能的装置，本技术对此不做限定。

6、其中，直流输入端可以为任意一种类型的能量储存装置，该能量储存装置能够储存和释放能量，例如燃料电池、蓄电池或光伏发电系统。

7、应理解地，此时n个直流输入端可以按照20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例连接多电平逆变器。

8、通过本技术实施例，当有n个直流输入端以20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例设置在逆变器中时，该逆变器可以输出2(n+1)-1的电平。

9、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当多电平逆变器用于单相逆变输出时，该多电平逆变器还包括：第一相线和第二相线，第一相线和第二相线用于输出单相ac，第一相线和第二相线与第一转换单元连接。

10、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当多电平逆变器用于三相逆变输出时，该多电平逆变器还包括：第二输入单元、第三输入单元、第二转换单元、第三转换单元、第三相线、第四相线和第五相线，其中第二转换单元与第三转换单元连接，第二输入单元，包括n个第二电压输入模块，n为大于或等于2的整数，n个第二电压输入模块与n个直流输入端一一对应，每个第二电压输入模块包括第三端口和第四端口，且每个第二电压输入模块包括开关管和二极管，其中，第n个第二电压输入模块的开关管的一端与第n个第二电压输入模块对应的直流输入端的正极连接，第n个第二电压输入模块的开关管的另一端与第三端口连接，第n个第二电压输入模块的二极管的一端与第n个第二电压输入模块对应的直流输入端的负极连接，第n个第二电压输入模块的二极管的一端还与第四端口连接，第n个第二电压输入模块的二极管的另一端与第三端口连接，n个第二电压输入模块通过第三端口和第四端口串联连接，且串联连接的n个第二电压输入模块中最前端的第二电压模块的第三端口与第二转换单元的一个输入端连接，n个第二电压输入模块中最末端的第二电压输入模块的第四端口与第二转换单元的另一个输入端连接，第n个第二电压输入模块的开关管用于控制第n个第二电压输入模块对应的直流输入端的电流是否进入第一转换单元，n∈[1，n]；第三输入单元，包括n个第三电压输入模块，n为大于或等于2的整数，n个第三电压输入模块与n个直流输入端一一对应，每个第三电压输入模块包括第五端口和第六端口，且每个第三电压输入模块包括开关管和二极管，其中，第n个第三电压输入模块的开关管的一端与第n个第三电压输入模块对应的直流输入端的正极连接，第n个第三电压输入模块的开关管的另一端与第五端口连接，第n个第三电压输入模块的二极管的一端与第n个第三电压输入模块对应的直流输入端的负极连接，第n个第三电压输入模块的二极管的一端还与第六端口连接，第n个第三电压输入模块的二极管的另一端与第五端口连接，n个第三电压输入模块通过第五端口和第六端口串联连接，且串联连接的n个第三电压输入模块中最前端的第三电压模块的第五端口与第三转换单元的一个输入端连接，n个第三电压输入模块中最末端的第三电压输入模块的第六端口与第三转换单元的另一个输入端连接，第n个第三电压输入模块的开关管用于控制第n个第三电压输入模块对应的直流输入端的电流是否进入第三转换单元，n∈[1，n]；第三相线与第一转换单元连接，第四相线与第二转换单元连接，第五相线与第三转换单元连接，第三相线、第四相线和第五相线用于输出三相ac。

11、通过本技术实施例，当构建相同电平数时，该逆变器拓扑结构可以有效减少二极管和电容器的数量，降低器件成本，并且能够有效减小整个逆变器的体积，可以适用于更大范围和更广阔的场景。

12、可选地，n个第二电压输入模块对应的二极管最大截止电压的比例为20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)，n个第三电压输入模块对应的二极管最大截止电压的比例为20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)。

13、应理解地，此时n个直流输入端可以按照20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例连接多电平逆变器。

14、通过本技术实施例，当有n个直流输入端以20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例设置在逆变器中时，该逆变器可以输出2(n+1)-1的电平。

15、第二方面，提供了一种光伏储能系统，该系统包括储能单元，用于存储直流电dc，包括多个输出端；多电平逆变器，包括第一转换单元，用于将直流电dc转换为交流电ac；第一输入单元，包括n个第一电压输入模块，n为大于或等于2的整数，n个第一电压输入模块与n个直流输入端一一对应，每个第一电压输入模块包括第一端口和第二端口，且每个第一电压输入模块包括开关管和二极管，其中，第n个第一电压输入模块的开关管的一端与第n个第一电压输入模块对应的直流输入端的正极连接，第n个第一电压输入模块的开关管的另一端与第一端口连接，第n个第一电压输入模块的二极管的一端与第n个第一电压输入模块对应的直流输入端的负极连接，第n个第一电压输入模块的二极管的一端还与第二端口连接，第n个第一电压输入模块的二极管的另一端与第一端口连接，n个第一电压输入模块通过第一端口和第二端口串联连接，且串联连接的n个第一电压输入模块中最前端的第一电压模块的第一端口与第一转换单元的一个输入端连接，n个第一电压输入模块中最末端的第一电压输入模块的第二端口与第一转换单元的另一个输入端连接，第n个第一电压输入模块的开关管用于控制第n个第一电压输入模块对应的直流输入端的电流是否进入转换单元，n∈[1，n]，n个直流输入端与储能单元的一个或多个输出端连接。

16、可选地，n个第一电压输入模块对应的二极管最大截止电压的比例为20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)。

17、应理解地，此时n个直流输入端可以按照20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例连接多电平逆变器。

18、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，多电平逆变器还包括第一相线和第二相线，第一相线和第二相线与第一转换单元连接，第一相线和第二相线还与交流电单元的输入端连接，第一相线和第二相线用于将逆变处理后的单相ac输入到交流电单元。

19、其中，交流电单元可以是交流电负载或电网连接，也可以是其他需要使用交流电的装置，本技术对此不做限定。

20、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该多电平逆变器还包括：第二输入单元、第三输入单元、第二转换单元、第三转换单元、第三相线、第四相线和第五相线，其中第二转换单元与第三转换单元连接，第二输入单元，包括n个第二电压输入模块，n为大于或等于2的整数，n个第二电压输入模块与n个直流输入端一一对应，每个第二电压输入模块包括第三端口和第四端口，且每个第二电压输入模块包括开关管和二极管，其中，第n个第二电压输入模块的开关管的一端与第n个第二电压输入模块对应的直流输入端的正极连接，第n个第二电压输入模块的开关管的另一端与第三端口连接，第n个第二电压输入模块的二极管的一端与第n个第二电压输入模块对应的直流输入端的负极连接，第n个第二电压输入模块的二极管的一端还与第四端口连接，第n个第二电压输入模块的二极管的另一端与第三端口连接，n个第二电压输入模块通过第三端口和第四端口串联连接，且串联连接的n个第二电压输入模块中最前端的第二电压模块的第三端口与第二转换单元的一个输入端连接，n个第二电压输入模块中最末端的第二电压输入模块的第四端口与第二转换单元的另一个输入端连接，第n个第二电压输入模块的开关管用于控制第n个第二电压输入模块对应的直流输入端的电流是否进入第一转换单元，n∈[1，n]；第三输入单元，包括n个第三电压输入模块，n为大于或等于2的整数，n个第三电压输入模块与n个直流输入端一一对应，每个第三电压输入模块包括第五端口和第六端口，且每个第三电压输入模块包括开关管和二极管，其中，第n个第三电压输入模块的开关管的一端与第n个第三电压输入模块对应的直流输入端的正极连接，第n个第三电压输入模块的开关管的另一端与第五端口连接，第n个第三电压输入模块的二极管的一端与第n个第三电压输入模块对应的直流输入端的负极连接，第n个第三电压输入模块的二极管的一端还与第六端口连接，第n个第三电压输入模块的二极管的另一端与第五端口连接，n个第三电压输入模块通过第五端口和第六端口串联连接，且串联连接的n个第三电压输入模块中最前端的第三电压模块的第五端口与第三转换单元的一个输入端连接，n个第三电压输入模块中最末端的第三电压输入模块的第六端口与第三转换单元的另一个输入端连接，第n个第三电压输入模块的开关管用于控制第n个第三电压输入模块对应的直流输入端的电流是否进入第三转换单元，n∈[1，n]；第三相线与第一转换单元连接，第四相线与第二转换单元连接，第五相线与第三转换单元连接，第三相线、第四相线和第五相线还与交流电单元的输入端连接，第三相线、第四相线和第五相线用于将逆变处理后的三相ac输入到交流电单元。

21、通过本技术实施例，当构建相同电平数时，该逆变器拓扑结构可以有效减少二极管和电容器的数量，降低器件成本，并且能够有效减小整个逆变器的体积，可以适用于更大范围和更广阔的场景。

22、可选地，n个第二电压输入模块对应的二极管最大截止电压的比例为20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)，n个第三电压输入模块对应的二极管最大截止电压的比例为20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)。

23、应理解地，此时n个直流输入端可以按照20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例连接多电平逆变器。

24、通过本技术实施例，当有n个直流输入端以20:21:22:23：……2(n-2):2(n-1)的电压比例设置在逆变器中时，该逆变器可以输出最多2(n+1)-1的电平。