一种单级五电平升压逆变器

本发明涉及一种电力电子，特别是关于一种单级五电平升压逆变器。

背景技术：

1、分布式发电系统因其应用场景灵活、应用范围广泛、合理利用土地空间资源等优势成为了新能源产业的重要组成部分。在分布式系统中，大多数新能源发电装置(如光伏发电装置、风力发电装置等)输出的是直流电压，需要通过并网逆变器才能将电能并入电网。因此对并网逆变器的性能需求不断增加，即更高的能量转换效率、更小的体积和更低的成本。目前应用最为广泛的并网逆变器拓扑是h桥型逆变器。电路结构简单是这类逆变器的主要优点。然而这类逆变器只能应用在高直流输入电压的场景，即直流输入电压要高于交流输出电压的峰值。为了扩展低直流输入电压的应用场景，传统的并网逆变器系统采用一个升压转换器和h桥型逆变器这种两级结构。这种两级配置将降低总转换效率，并导致成本和电路复杂性的增加。

2、目前，单级升压逆变器被广泛开发并用于光伏应用。双重boost逆变器拓扑结构采用两个升压变换器分别实现交流电源正半周和负半周的升压功能。通过该拓扑，输出电压可以高于输入电压。然而，所有的电力电子开关器件都是在高频率和高电压应力下工作的，这会导致很大的开关损耗。另一种类似的逆变器为双buck结构的buck-boost逆变器。基于buck-boost的原理，它具有对称的工作方式，对于输出的交流电压的正半周和负半周不存在直通问题。但是在拓扑中使用了六个电感，使得该逆变器存在实现成本高、功率密度小的问题。此外，还有一种包含直流-交流转换电路的buck-boost逆变器。然而，buck-boost电路的高电压应力会降低转换效率。因此，出于转换效率和电压应力的考虑，这种拓扑结构的逆变器的功率容量会受到限制。

3、目前，对于升压逆变器，为了实现单级直流-交流转换，有将开关电容拓扑集成到单级逆变器中以提高电压增益的方案。此类逆变器有一种采用飞跨电容和boost变换器的中点箝位逆变器拓扑。该拓扑既具有高频共模降压能力，又具有升压能力。然而，拓扑中的七个电力电子开关器件都是在高频率下工作，具有较高的开关损耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

2、本发明提供了一种单级五电平升压逆变器，包括并联的开关电容转换器、第一组电力电子开关、第二组电力电子开关，其中，所述开关电容转换器由四个电力电子开关和一个桥电容组成。

3、进一步地，所述第一组电力电子开关、第二组电力电子开关各自包括两个串联的电力电子开关。

4、进一步地，所述开关电容转换器包括串联的第一电力电子开关s1、第二电力电子开关s2、第三电力电子开关s3、第四电力电子开关s4，s1的集电极连接s2的集电极，s2的发射极连接s3的集电极，s3的发射极连接s4的集电极；所述桥电容一端连接s2的集电极，另一端连接s4的集电极。

5、进一步地，所述单级五电平升压逆变器进一步包括直流电源，所述直流电源的正极连接s3的集电极，所述直流电源的负极连接s4的发射极。

6、进一步地，所述单级五电平升压逆变器进一步包括二极管，所述二极管的阳极连接s4的发射极，所述二极管的阴极连接s1的发射极。

7、进一步地，所述第一组电力电子开关包括电力电子开关sa、其中sa的发射极连接的集电极，sa的集电极连接s1的发射极，的发射极连接s4的发射极。

8、进一步地，所述第二组电力电子开关包括电力电子开关sb、其中sb的发射极连接的集电极，sb的集电极连接s1的发射极，的发射极连接s4的发射极。

9、进一步地，所述单级五电平升压逆变器进一步包括第一电感，所述第一电感的一端连接sa的发射极，另一端连接负载的一端。

10、进一步地，所述单级五电平升压逆变器进一步包括第二电感，所述第二电感的一端连接sb的发射极，另一端连接负载的另一端。

11、进一步地，所述单级五电平升压逆变器进一步包括第二电容，所述第二电容跨接在所述负载的两端。

12、本发明的优点在于：

13、实现了单级直流-交流转换，降低了实现成本并提高了功率密度。增加了输出电压电平的数目，减小了滤波器的尺寸。实现了升压的功能，可以应用在低直流输入电压的场景。电力电子开关器件不是完全都在高频下工作，大部分时间工作在低频情况，减小了开关损耗。

技术特征：

1.一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

5.根据权利要求3或4所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

6.根据权利要求3或4所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

7.根据权利要求3或4所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

10.根据权利要求8或9所述的一种单级五电平升压逆变器，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种单级五电平升压逆变器，包括并联的开关电容转换器、第一组电力电子开关、第二组电力电子开关，其中，所述开关电容转换器由四个电力电子开关和一个桥电容组成。所述第一组电力电子开关、第二组电力电子开关各自包括两个串联的电力电子开关。所述开关电容转换器包括串联的第一电力电子开关S<subgt;1</subgt;、第二电力电子开关S<subgt;2</subgt;、第三电力电子开关S<subgt;3</subgt;、第四电力电子开关S<subgt;4</subgt;，S<subgt;1</subgt;的集电极连接S<subgt;2</subgt;的集电极，S<subgt;2</subgt;的发射极连接S<subgt;3</subgt;的集电极，S<subgt;3</subgt;的发射极连接S<subgt;4</subgt;的集电极；所述桥电容一端连接S<subgt;2</subgt;的集电极，另一端连接S<subgt;4</subgt;的集电极。本发明降低了实现成本并提高了功率密度。增加了输出电压电平的数目，减小了滤波器的尺寸。实现了升压的功能，可以应用在低直流输入电压的场景。减小了开关损耗。

技术研发人员：杨勇,陈胜伟,樊明迪,肖扬
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13