五电平逆变拓扑电路及五电平逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种新型的五电平逆变拓扑电路及五电平逆变器。
【背景技术】
[0002]近几年，随着能源市场和环境友好型能源需求的联合，使分布式发电系统得到了快速的发展。分布式发电单元包括可再生能源和不可再生能源，比如太阳能电池组，风能发电机，燃料发电机。对可再生能源的并网问题，电力电子技术起到了关键性的作用，特别是对于电压源型逆变器。目前，为了让逆变器控制系统的性能最优，控制更简便，围绕新的控制方式领域的研宄越来越火热。
[0003]随着中高电压应用设备额定功率的不断提高，刺激了多电平电力电子变流器的使用，从而促使新拓扑结构以及相关的控制策略的发展。在大容量变换器中，相比于两电平逆变器，多电平逆变器以其输出电压更接近正弦波、电压变化率小、开关频率低、损耗小、效率高等特点，受到人们的广泛关注。由于受到目前功率开关管耐压等级的限制往往采用多电平拓扑结构，但大功率IGBT (绝缘栅双极型晶体管)的成本高，这与多电平逆变器的实现是矛盾的，减少多电平逆变器使用的功率开关管数目是面临的重要问题之一。传统的NPC(二极管中点钳位式)拓扑结构随着电平数增多控制起来变得十分复杂，且功率管开关频率不均衡限制了功率开关管的开关频率，阻碍了多电平逆变器的推广。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的是提供一种五电平逆变拓扑电路及五电平逆变器，以解决五电平逆变拓扑电路功率开关管多、控制复杂及开关频率不均衡等问题。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种五电平逆变拓扑电路，其包括:
[0007]包括:上左桥臂、上中桥臂、上右桥臂、下左桥臂、下中桥臂、下右桥臂，
[0008]所述上左桥臂，包括:第一 IGBT和第一续流二极管反并联构成，具体为:第一 IGBT的发射极连接第一续流二极管的正极，第一 IGBT的集电极连接第一续流二极管的负极；
[0009]所述上中桥臂，包括:第一二极管的负极连接第二二极管的正极，第二二极管的负极分别连接第四二极管的负极和第二 IGBT的集电极，第四二极管的正极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极分别连接第一二极管的正极和第二 IGBT的发射极；
[0010]所述上右桥臂，包括:第三IGBT和第三续流二极管反并联构成；
[0011]所述下左桥臂，包括:第四IGBT和第四续流二极管反并联构成；
[0012]所述下中桥臂，包括:第五二极管的负极连接第六二极管的正极，第六二极管的负极分别连接第八二极管的负极和第五IGBT的集电极，第八二极管的正极连接第七二极管的负极，第七二极管的正极分别连接第五二极管的正极和第五IGBT的发射极；
[0013]所述下右桥臂，第六IGBT和第六续流二极管反并联构成；
[0014]其中:
[0015]所述上左桥臂的第一 IGBT的集电极分别连接下左桥臂的第四IGBT的发射极和第一电容的第一端，下左桥臂的第四IGBT的集电极分别连接第七二极管的负极、第八二极管的正极和下右桥臂的第六IGBT的发射极，所述下右桥臂的第六IGBT的集电极分别连接上右桥臂的第三IGBT的发射极和第二电容的第二端，所述上右桥臂的第三IGBT的集电极分别连接第一二极管的负极、第二二极管的正极和上左桥臂的IGBT的发射极，第一电容的第二端连接第二电容的第一端；
[0016]第一电容的第二端分别连接第三二极管的负极、第四二极管的正极、第五二极管的负极和第六二极管的正极；
[0017]第一电容的第一端为第一直流输入端Ml ;
[0018]第一电容的第二端为第二直流输入端M2 ;
[0019]第二电容的第二端为第三直流输入端M3。
[0020]一种五电平逆变器，其特征在于，包括:直流输入单元和上述的五电平逆变拓扑电路，其中:
[0021]所述直流输入单元的直流正电平与该五电平逆变拓扑电路的第一直流输入端Ml相连，所述直流输入单元的直流零电平与该五电平逆变拓扑电路的第二直流输入端M2相连，所述直流输入单元的直流负电平与该五电平逆变拓扑电路的第三直流输入端M3相连；该五电平逆变拓扑电路的交流输出端为五电平逆变器的交流输出端。
[0022]优选地，所述直流输入单元包括:直流电源、第一电容和第二电容，所述直流电源的正极连接第一电容的第一端，所述直流电源的负极连接第二电容的第二端，第一电容的第二端连接第二电容的第一端。
[0023]一种五电平逆变器，其包括:直流输入单元和至少两个上述的五电平逆变拓扑电路，至少两个如权利要求1所述的五电平逆变拓扑电路包括:第一五电平逆变拓扑电路和第二五电平逆变拓扑电路，其中:
[0024]直流输入单元的直流正电平分别与第一五电平逆变拓扑电路和第二五电平逆变拓扑电路的各第一直流输入端Ml相连；
[0025]直流输入单元的直流零电平分别与第一五电平逆变拓扑电路和第二五电平逆变拓扑电路的各第二直流输入端M2相连；
[0026]直流输入单元的直流负电平分别与第一五电平逆变拓扑电路和第二五电平逆变拓扑电路的各第三直流输入端M3相连；
[0027]第一五电平逆变拓扑电路的交流输出端为该五电平逆变器的第一交流输出端，第二五电平逆变拓扑电路的交流输出端为该五电平逆变器的第二交流输出端相连。
[0028]优选地，所述直流输入单元包括:直流电源、第一电容和第二电容，所述直流电源的正极连接第一电容的第一端，所述直流电源的负极连接第二电容的第二端，第一电容的第二端连接第二电容的第一端。
[0029]实施本发明的技术方案，具有以下有益效果:本发明提供的五电平逆变拓扑电路，通过二极管桥式电路与独立IGBT的组合代替了现有技术中的中点引出所需的两个IGBT，减少了功率开关管的个数，降低了控制的复杂性以及整个系统的成本。此外，减少的开关器件可降低系统功率损耗，同时均衡各个功率开关管的开关频率，从而提高系统整体的开关频率、效率以及系统的稳定性O
【附图说明】
[0030]图1为本发明提供的一种新型五电平逆变拓扑电路实施例一的拓扑图；
[0031]图2为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第一工作模态的第一种情况示意图；
[0032]图3为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第一工作模态的第二种情况示意图；
[0033]图4为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第二工作模态的第一种情况示意图；
[0034]图5为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第二工作模态的第二种情况示意图；
[0035]图6为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第三工作模态的第一种情况示意图；
[0036]图7为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第三工作模态的第二种情况示意图；
[0037]图8为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第四工作模态的第一种情况示意图；
[0038]图9为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第四工作模态的第二种情况示意图；
[0039]图10为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第五工作模态的第一种情况示意图；
[0040]图11为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第五工作模态的第二种情况示意图；
[0041]图12为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第六工作模态的第一种情况示意图；
[0042]图13为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第六工作模态的第二种情况示意图；
[0043]图14为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第七工作模态的第一种情况示意图；
[0044]图15为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第七工作模态的第二种情况示意图；
[0045]图16为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第八工作模态的第一种情况示意图；
[0046]图17为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第八工作模态的第二种情况示意图；
[0047]图18为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第九工作模态的第一种情况示意图；
[0048]图19为本发明提供的一种五电平逆变拓扑电路实施一处于第九工作模态的第二种情况示意图；
[0049]图20为本发明提供的一种五电平逆变器实施一的拓扑图；
[0050]图21为本发明提供的一种五电平逆变器实施二的拓扑图；
[0051]图22为本发明提供的一种五电平逆变器实施三的拓扑图；
[0052]图23为本发明提供的一种五电平逆变器实施四的拓扑图。
[0053]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0054]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施