专利名称：一种五电平逆变器及其漏电流控制方法
技术领域：
本申请涉及逆变器技术领域，特别是涉及一种五电平逆变器及其漏电流控制方法。
背景技术：
根据逆变器的应用场合和控制方式的不同，可以划分为离网型逆变器和并网逆变器，在并网型逆变器中根据是否带有变压器又可以划分为变压器隔离型逆变器和无变压器型逆变器。无变压器型逆变器由于系统结构简单、效率高、体积小、成本低等诸多优点，得到快速发展，并在光伏发电系统中广泛应用。但是，无变压器型逆变器由于不能实现直流输入源和交流负载间的电气隔离，存在漏电流，现有技术中抑制漏电流的方案大致分为两类，第一类是滤波电感为对称结构，保证共模电压为常数，属于低漏电流解决方案，采用单极性调制，从效率上说其输出桥臂电压为三电平，效率较低；第二类是交流侧和直流侧直接相连，采用单电感模式，该类方案需要构造直流电压，其最大效率也只有98.6%。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种五电平逆变器及其漏电流控制方法，以抑制漏电电流，技术方案如下:本申请提供一种五电平逆变器，包括:电源、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一开关管集合、第二开关管集合、第三开关管集合、第一节点、第二节点、第三节点和第四节点，其中:所述第一电容和所述第二电容串联后并联在所述电源的两端，所述第一电容和所述第二电容的公共节点为第四节点；所述第一开关管和所述第二开关管串联后并联在所述电源的两端，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为所述第三节点，且第一开关管的控制端输入有第一控制信号，所述第二开关管的控制端输入有第二控制信号；所述第一节点连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端通过交流电网连接所述第二节点；所述第一节点通过第一开关管集合连接所述电源的负极性端，所述第一节点通过第二开关管集合连接所述第四节点，所述第一节点通过第三开关管集合连接所述电源的正极性端；所述第二节点连接所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接所述第三节
占.
所述第三开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第二节点，控制端输入第三控制信号；所述第四开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第四控制信号。本申请还提供了一种五电平逆变器漏电流控制方法，应用于上述的五电平逆变器，包括:在所述五电平逆变器的输出的电压值由O上升的时刻开始的第一预设时间段内，控制所述第二开关管集合和所述第二开关管导通的第一状态，与所述第二开关管集合和所述第一开关管导通的第二状态交替进行；在所述五电平逆变器的输出的电压值下降至O的时刻之前的第二预设时间段内，控制所述第一开关管集合和所述第二开关管导通的第三状态，与所述第二开关管集合和所述第二开关管导通的第四状态交替进行； 在所述五电平逆变器的输出的电压值从O下降的时刻开始的第三预设时间段内，控制所述第三开关管集合和所述第一开关管导通的第五状态，与所述第二开关管集合和所述第一开关管导通的第六状态交替进行；在所述五电平逆变器的输出的电压值上升至O的时刻之前的的第四预设时间阶段内，控制所述第三开关管集合和所述第一开关管导通的第七状态，与所述第二开关管集合和所述第一开关管导通的第八状态交替进行。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述五电平逆变器在电源的两端并联有互相串联的第一开关管和第二开关管作为附加桥臂，控制第一开关管和第二开关管的导通状态，使得五电平逆变器的第一节点与电源的负极性端之间的电压在过零点时平滑过渡，减小尖峰，从而减小漏电流的幅值。
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本申请实施例一种五电平逆变器的电路原理示意图；图2为本申请实施例另一种五电平逆变器的电路原理不意图；图3为本申请实施例提供的五电平逆变器的第一工作模态示意图；图4为本申请实施例提供的五电平逆变器的第二工作模态示意图；图5为本申请实施例提供的五电平逆变器的第三工作模态示意图；图6为本申请实施例提供的五电平逆变器的第四工作模态示意图；图7为本申请实施例提供的五电平逆变器的第五工作模态示意图；图8为本申请实施例提供的五电平逆变器的第六工作模态示意图；图9为本申请实施例提供的五电平逆变器的第七工作模态示意图；图10为本申请实施例提供的五电平逆变器的第八工作模态示意图；图11为本申请实施例提供的五电平逆变器的第九工作模态示意图；图12为本申请实施例提供的五电平逆变器的第十工作模态示意图；图13为本申请实施例提供的五电平逆变器的第i^一工作模态示意图；图14为本申请实施例提供的五电平逆变器的第十二工作模态示意图15为本申请实施例提供的五电平逆变器在第一种控制方式下的输出电压和漏电流的波形示意图；图16为与图15相对应的相电压和漏电流的波形示意图；图17为传统的五电平逆变器的输出电压和漏电流的波形示意图；图18为传统的五电平逆变器的相电压、漏电流的波形示意图；图19为本申请实施例提供的五电平逆变器在第二种控制方式下的输出电压和漏电流的波形示意图；图20为与图19相对应的相电压和漏电流的波形示意图；图21为传统的五电平逆变器在工频切换时电压及漏电流的波形示意图；图22为图21中漏电流由负压穿越到正电压的放大示意图；图23为图21中的漏电流由正压穿越到负电压的放大示意24为本申请实施例提供的五电平逆变器采用图15所示的第一种控制方式后的输出的电压、漏电流的波形示意图；图25为图24中漏电流由负压穿越到正压的放大示意图；图26为图24中漏电流由正压穿越到负压的放大示意图；图27为本申请实施例提供的五电平逆变器采用图19所示的第二种控制方式后的输出的电压、漏电流的波形示意图；图28为图27中漏电流由负压穿越到正压的放大示意图；图29为图27中漏电流由正压穿越到负压的放大示意图；图30为本申请实施例提供的与图1对应的第一种五电平逆变器的电路结构示意图；图31为本申请实施例提供的与图1对应的第二种五电平逆变器的电路结构示意图；图32为本申请实施例提供的与图1对应的第三种五电平逆变器的电路结构示意图；图33为本申请实施例提供的与图1对应的第四种五电平逆变器的电路结构示意图；图34为本申请实施例提供的与图1对应的第五种五电平逆变器的电路结构示意图；图35为本申请实施例提供的与图1对应的第六种五电平逆变器的电路结构示意图；图36为本申请实施例提供的与图1对应的第七种五电平逆变器的电路结构示意图；图37为本申请实施例提供的与图1对应的第八种五电平逆变器的电路结构示意图；图38为本申请实施例提供的与图1对应的第九种五电平逆变器的电路结构示意图；图39为本申请实施例提供的与图2对应的第一种五电平逆变器的电路结构示意图40为本申请实施例提供的与图2对应的第二种五电平逆变器的电路结构示意图；图41为本申请实施例提供的与图2对应的第三种五电平逆变器的电路结构示意图；图42为本申请实施例提供的与图2对应的第四种五电平逆变器的电路结构示意图；图43为本申请实施例提供的与图2对应的第五种五电平逆变器的电路结构示意图；图44为本申请实施例提供的与图2对应的第六种五电平逆变器的电路结构示意图；图45为本申请实施例提供的与图2对应的第七种五电平逆变器的电路结构示意图；图46为本申请实施例提供的与图2对应的第八种五电平逆变器的电路结构示意图；图47为本申请实施例提供的与图2对应的第九种五电平逆变器的电路结构示意图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。请参见图1，示出了本申请实施例一种五电平逆变器的电路原理示意图，所述五电平逆变器包括:电源100、电容Cl、电容C2、电感L1、电感L2、开关管Tl、开关管T2、第一节点A、第二节点B、第三节点C和第四节点D。如图1所示，电容Cl和电容C2串联后并联在电源100的两端，电容Cl和电容C2的公共节点为第四节点D，电源的正极性端记为P，负极性端记为N。开关管Tl和开关管T2串联后并联于电源100的两端，其中，开关管Tl的第一端连接电源100的P点，第二端连接开关管T2的第一端，开关管Tl和开关管T2的公共端为第三节点，开关管T2的第二端连接电源100的N点，开关管Tl的控制端输入第一控制信号，开关管T2的控制端输入第二控制信号。第一节点A为电感LI的一端，电感LI的另一端接交流电网G，电感L2的一端连接交流电网G，且该端为第二节点B，电感L2的另一端连接第三节点C。第一节点A与P点、N点及第四节点D之间相当于单刀三掷开关，第一节点A相当于开关的动端，P点、N点和第四节点D相当于三个不动端。具体实施时，第一节点A通过第一开关管集合连接N点，通过第二开关管集合连接第四节点D，通过第三开关管集合连接P点，其中，第一开关管集合、第二开关管集合、第三开关管集合分别有多种组合形式，此部分内容将在后面一一介绍，此处不再展开描述。
第二节点B与P点、N点相当于单刀双掷开关，其中，第二节点B相当于动端，P点和N点相当于两个不动端。具体的，第二节点B和N点之间通过开关管T4连接，第二节点B和P点之间通过开关管T3连接，具体如后续的五电平逆变器的具体电路示意图所示，开关管T3的第一端连接P点，第二端连接开关管T4的第一端，开关管T4的第二端连接N点，开关管T3和T4的公共端连接第二节点B，开关管T3的控制端输入第三控制信号，开关管T4输入第四控制信号。优选的，在图1所示的附加桥臂上并联两个电容得到图2所示的电路原理示意图。如图2所示，在图1的基础上还包括电容C3和电容C4，其中，电容C3和电容C4串联后并联在开关管Tl和开关管T2的串联支路两端，且电容C3和电容C4的公共节点连接第二节点B。由于开关管本身就存在寄生电容，但是，寄生电容的容值较小，因此，在附加桥臂两端并联电容，增加附加桥臂的容值，这样在漏电流抑制区域可以看成调节Vbn (第二节点B和N节点的电压降)的电压，容值变大，有利于电压的平稳变化，使Vbn平稳变化，从而抑制了漏电流的幅值。下面结合图2所示的五电平逆变器的电路原理示意图介绍本申请实施例提供的五电平逆变器的各个工作模态，假设电源100输出的电压为V，则所述五电平逆变器的桥臂输出电压为-V、_V/2、0、V/2、V五种电平，通过对这五种电平对应的工作模态进行组合，使五电平逆变器的输出电压等效为正弦波。图3所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第一工作模态示意图，电流的路径为:P点一A点一LI —电网G — B点一N点，桥臂输出电压Vab=V。图4所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第二工作模态示意图，其电流路径为:D点一A点一LI —电网G — B点一N点，桥臂输出电压为Vab=V/2。图5所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第三工作模态示意图，其电流路径为:N点一A点一LI —电网G — B点一N点，桥臂输出电压为Vab=0。图6所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第四工作模态示意图，其电流路径为:P点一B点一电网G — LI — A点一N点，桥臂输出电压为Vab=-V。图7所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第五工作模态示意图，其电流路径为:P点一B点一电网G — LI — A点一分压电容中点，桥臂输出电压为Vab=-V/2。图8所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第六工作模态示意图，其电流路径为:P点一B点一电网G — LI — A点一P点，桥臂输出电压为Vab=0。上述的六个工作模态是五电平逆变器通常工作时的基本工作模态，使五电平逆变器交替工作在上述六个基本工作模态组合，从而获得需要的逆变器输出电压。下面的六种工作模态是利用附加桥臂(图中的开关管Tl和T2)，通过一定的控制策略组合来抑制漏电流。图9所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第七工作模态示意图，此工作模态附加桥臂工作，桥臂输出电压Vbn按照要求平滑变化，并网电流依据要求流进或流出附加桥臂，桥臂输出电压为Vac=V,考虑到无功功率，并网电流的方向并不固定。图10所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第八工作模态示意图，此工作模态附加桥臂工作，桥臂输出电压Vbn按照要求平滑变化，并网电流依据要求流进或流出附加桥臂，桥臂输出电压为Vac=0。图11所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第九工作模态示意图，此工作模态附加桥臂工作，桥臂输出电压Vbn按照要求平滑变化，并网电流依据流向流进或流出附加桥臂，桥臂输出电压为Vac=V/2。图12所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第十工作模态示意图，此工作模态附加桥臂电路工作，桥臂输出电压Vbn按照要求平滑变化，并网电流依据要求流进或流出附加桥臂，桥臂输出电压为Vac=-V/2。图13所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第十一工作模态示意图，此工作模态附加桥臂电路工作，桥臂输出电压Vbn按照要求平滑变化，并网电流依据要求流进或流出附加桥臂，桥臂输出电压为Vac=0。图14所示为本申请实施例提供的五电平逆变器的第十二工作模态示意图，此时附加桥臂电路工作，桥臂输出电压Vbn按照要求平滑变化，并网电流依据要求流进或流出附加桥臂电路，桥臂输出电压为Vac=-V。而本申请实施例提供的五电平逆变器控制策略如下:如图15所不，图中Vab对应的波形为五电平逆变器的桥臂输出电压Vab的电压波形示意图，Vbn对应的波形为五电平逆变器的漏电流的源电压Vbn的电压波形示意图，Ileak对应的波形为五电平逆变器的漏电流Ileak的电流波形示意图。为抑制漏电流，在图15所示的一个输出电压周期中增加了漏电流抑制区域，即图中的Vta, tb-t。，td-t6区域，在漏电流抑制区域附加桥臂工作，在非漏电流抑制区域，所述附加桥臂不工作。具体的，非漏电流抑制区域，在ta_ti和t2_tb区域内，第二工作模态和第三工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出V/2和O两种电平。t1-t2区域内，第一工作模态和第二工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出V和V/2两种电平。在te-t4和t5-td区域内，第五工作模态和第六工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出-V/2和O两种电平。在t4-t5区域内，第四工作模态和第五工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出-V和_V/2两种电平。漏电流抑制区域，在所述五电平逆变器的输出电压值由O上升的时刻开始的第一预设时间段内，即区域，以及在所述五电平逆变器的输出电压值降为O的时刻之前的第一预设时间段内即tb_t3区域内，第七工作模态和第八工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出V和O两种电平。在所述五电平逆变器的输出电压值由O下降的时刻开始的第二预设时间段内，SPt3-tc区域，以及，在所述五电平逆变器的输出电压值上升至O的时刻之前的第二预设时间段内即td-t6区域，第十一工作模态和第十二工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出O和-V两种电平，这样，其输出电压等效为正弦波。需要说明的是，所述第一预设时间段和第二预设时间段的时长可以相同，当然，在其他的实施例中上述两个预设时间段也可以不同，根据需要进行设置。图16为本申请实施例提供的五电平逆变器在图15所示的控制策略下，对应的相电压对应的波形示意图，图中Van为第一节点A和N点之间的电压波形图，Vbn为第二节点B和N点之间的电压波形图，I leak为漏电流的电流波形图。如图16所示，在Vta区域内，相电压Van的幅值从V/2平滑下降至(时刻对应的幅值，相电压Vbn的幅值从V/2降至0，则五电平逆变器的桥臂输出电压Vab=Van-Vbn的幅值为从O逐渐上升至ta时刻对应的幅值。在tb_t。区域内，相电压Van的幅值从tb时刻对应的幅值逐渐上升至t。时刻对应的幅值，相电压Vbn的幅值从O逐渐上升至V。在td_t6区域内，相电压Van的幅值从td时刻对应的幅值逐渐降为V/2，相电压Vbn的幅值从V降低至V/2。由图15和图16可知，本实施例提供的控制策略能够使Van平滑过渡，从而大大降低了漏电流的幅值。对比图17和图18，图17所示为传统五电平逆变器的电压电流波形图，图18为传统五电平逆变器的相电压和电流波形示意图。如图17所示，在、41和&43区域内，第二工作模态和第三工作模态交替工作，SP五电平逆变器交替输出V/2和O两种电平。在ti_t2区域内，第一工作模态和第二工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出V和V/2两种电平。在t3_t4和t5_t6区域内，第五工作模态和第六工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出-V/2和O两种电平。在t4_t5区域内，第四工作模态和第五工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出-V和-V/2两种电平。如图18所示，在区域内，Van的幅值从O上升至ta时刻对应的幅值，在tb_t3区域内，Van的幅值从tb时刻对应的幅值逐渐降为0，在t3时刻从O瞬间上升至V ；Vbn的幅值在区域内保持为0，在t3-t6区域内保持为乂，在t3时刻从O瞬间上升至V的现象。下面将结合图15 和图16，详细介绍增加附加桥臂后五电平逆变器抑制漏电流的第一种控制方法，图15为本申请实施例提供的五电平逆变器的工作波形示意图，图16为本申请实施例提供的五电平逆变器的两桥臂输出电压、电流示意图。下面结合图19和图20，详细介绍增加附加桥臂后五电平逆变器抑制漏电流的第二种控制方法，图19为本申请实施例提供的五电平逆变器的工作波形示意图，图20为本申请实施例提供的五电平逆变器的两桥臂输出电压、电流示意图。图19所示的控制策略与图15所示的控制策略的不同之处在于漏电流抑制区域的工作模态，非漏电流抑制区域的工作模态控制相同。在所述五电平逆变器的输出的电压值由O上升的时刻开始的第一预设时间段内，具体为在ItTta区域内，第九工作模态和第十工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出V/2和_V/2两种电平。在所述五电平逆变器的输出的电压值下降至O的时刻之前的第二预设时间段内，具体为在tb_t3区域内，第i^一工作模态和第九工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出O和V/2两种电平；在所述五电平逆变器的输出的电压值从O下降的时刻开始的第三预设时间段内，具体为在t3_t。区域内，第八工作模态和第十工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出O和_V/2两种电平；在所述五电平逆变器的输出的电压值上升至O的时刻之前的的第四预设时间阶段内，具体为在td-t6区域内，第九工作模态和第十工作模态交替工作，即五电平逆变器交替输出V/2和-V/2两种电平。需要说明的是，在本实施例中，所述第一预设时间段、第二预设时间段、第三预设时间段和第四预设时间段的时长可以相同。当然，在其他的实施例中上述四个预设时间段也可以不同，根据需要进行设置。如图20所示，采用第二种控制策略得到的五电平逆变器的相电压波形图与图16所示的波形图相同，此处不再赘述。参见图21-图23，示出了传统的五电平逆变器在工频切换时电压及漏电流的波形示意图。图22为图21中漏电流由负压穿越到正电压的放大示意图；图23为图21中的漏电流由正压穿越到负电压的放大示意图。如图21所示，Vab为传统的五电平逆变器的桥臂输出电压Vab的五电平电压波形，I为五电平逆变器的输出电流的波形图，Ileak为传统的五电平逆变器的漏电流波形。由图22和图23可知，工频切换产生的冲击性漏电流的幅值达到1500A。参见图24-图26，示出了采用图15所示的第一种控制策略后的五电平逆变器的电压、漏电流的波形示意图。图25为图24中漏电流由负压穿越到正压的放大示意图；图26为图24中漏电流由正压穿越到负压的放大示意图。图24中，Vab为本申请实施例提供的五电平逆变器的桥臂输出电压Vab的五电平电压波形，I为本申请实施例提供的五电平逆变器的输出电流的波形图，Ileak为本申请实施例提供的五电平逆变器的漏电流波形。由图25和图26可知，工频切换产生的冲击性漏电流的幅值降到了很小。参见图27-图29，图27示出了采用图19所示的第二种控制策略后的五电平逆变器的电压、漏电流的波 形示意图；图28为图27中漏电流由负压穿越到正压的放大示意图；图29为图27中漏电流由正压穿越到负压的放大示意图。图27中，Vab为本申请实施例提供的五电平逆变器的桥臂输出电压Vab的五电平电压波形，I为本申请实施例提供的五电平逆变器的输出电流的波形图，Ileak为本申请实施例提供的五电平逆变器的漏电流波形。由图28和图29可知，工频切换产生的冲击性漏电流的幅值降到了很小。通过试验获知，在150V直流电压下的漏电流的峰值达到40A，根据漏电流与直流电压成正比的特性，可以推算出550V直流电压下的漏电流峰值仅为150A，与传统的五电平逆变器输出的1500A的漏电流相比，大大降低了漏电流的幅值。下面将--介绍图1对应的具体的电路结构示意30所示为图1对应的第一种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示，第一开关管集合为开关管T5，开关管T5的第一端连接第一节点，第二端连接N点，控制端输入第五控制信号，比如，当五电平逆变器工作在第三工作模态时，第五控制信号控制开关管T5导通。第二开关管集合为开关管T6和开关管T7，开关管T6的第一端连接开关管T7的第一端，开关管T6的第二端连接第四节点D，开关管T7的第二端连接第一节点A，开关管T6的控制端输入第六控制信号，开关管T7的控制端输入第七控制信号。第三开关管集合为开关管T7和开关管T8，开关管T8的第一端连接P点，第二端连接开关管T7的第一端，控制端输入第八控制信号。具体的，当图1中的第一节点A点和N点导通时，第一开关管集合导通，当第一节点A和第四节点D导通时，第二开关管集合导通，当第一节点A和P点导通时，第三开关管集合导通。图31为图1对应的第二种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示，第一开关管集合为开关管T5和开关管T6，开关管T6的第一端连接开关管T5的第二端，第二端连接N点，控制端输入第六控制信号；开关管T5的第一端连接第一节点A，控制端输入第五控制信号。第二开关管集合为开关管T5和开关管T7，其中，开关管T5的第二端连接开关管T7的第二端，开关管T7的第一端连接第四节点，控制端输入第七控制信号。第三开关管集合为开关管T5和开关管T8，开关管T5的第一端连接开关管T8的第二端，开关管T8的第一端连接P点，控制端输入第八控制信号。图32为图1对应的第三种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:第一开关管集合为开关管T5和开关管T6，开关管T5的第一端连接第一节点A，第二端连接开关管T6的第一端，开关管T6的第二端连接N点，开关管T5的控制端输入第五控制信号，开关管T6的控制端输入第六控制信号。第二开关管集合为二极管D1、二极管D2、开关管T5和开关管T7，其中，二极管Dl的阳极连接所述开关管T5的第二端，阴极连接所述第四节点D ;开关管T7与二极管D2串联连接于所述第四节点D和所述第一节点A之间，二极管D2的阳极连接所述第四节点D，开关管T7的第二端连接第一节点A，开关管的控制端输入第七控制信号。第三开关管集合为开关管T7和开关管T8，开关管T7的第一端连接开关管T8的第二端，开关管T7的第一端连接P点，控制端输入第八控制信号。图33为图1对应的第四种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:第一开关管集合为开关管T5，开关管T5的第一端连接所述第一节点A，第二端连接所述电源的负极性端N点，控制端输入第五控制信号；第二开关管集合为开关管T6和开关管T7，开关管T6的第一端连接开关管T7的第一端，开关管T6的第二端连接所述第一节点A，开关管T7的第二端连接所述第四节点D，开关管T6的控制端输入第六控制信号，开关管T7输入第七控制信号；所述第三开关管集合为开关管T8，开关管T8的第一端连接所述电源的正极性端P点，第二端连接所述第一节点A，控制端输入第八控制信号。图34为图1对应的第五种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:第一开关管集合为开关管T5，开关管T5的第一端连接所述第一节点A，第二端连接所述电源的负极性端N点，控制端输入第五控制信号；所述第二开关管集合为二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和开关管T6，其中，二极管Dl的阳极连接开关管T6的第二端，阴极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接开关管T6的第一端；二极管D3的阳极连接开关管T6的第二端，阴极连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接开关管T6的第一端，开关管T6的控制端输入第六控制信号，所述二极管Dl和D2的结点连接所述第四节点，所述二极管D3和D4的结点连接所述第一节点；
所述第三开关管集合为开关管T7，开关管T7的第一端连接所述电源的正极性端P，第二端连接所述第一节点A，控制端输入第七控制信号。下面将详细介绍图1对应的另一类具体的电路结构示意图。图35-图38所示的五电平逆变器的电路结构示意图中的第一节点包括第一分节点Al和A2，电感LI包括Lll和L12，其中，第一分节点Al为电流流入的节点，第二分节点A2为电流流出的节点第一分节点Al和第二分节点A2之间没有电气连接，这样，与第一分节点连接的开关管的控制信号和与第二分节点连接的开关管的控制信号，两者之间无需设置死区时间，控制更简单。第一开关管集合包括第一子开关管集合和第二子开关管集合；第二开关管集合包括第三子开关管集合和第四子开关管集合；第三开关管集合包括第五子开关管集合和第六子开关管集合。具体的，所述第一分节点Al通过所述第一子开关管集合连接所述电源的负极性端N点，通过第三子开关管集合连接所述第四节点D，通过第五子开关管集合连接所述电源的正极性端P点；所述第二分节点A2通过所述第二子开关管集合连接所述电源的负极性端N点，通过第四子开关管集合连接所述第四节点D，通过第六子开关管集合连接所述电源的正极性端P点。下面将分别介绍图35-图38所示的五电平逆变器电路结构图35为图1对应的第六种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:第一子开关管集合为二极管D1，二极管Dl的阳极连接所述电源的负极性端N点，阴极连接所述第一分节点Al。第三子开关管集合为二极管D2和开关管T5，二极管D2的阳极连接第四节点D，阴极连接开关管T5的第一端，第二端连接所述第一分节点Al，控制端输入第五控制信号。第五子开关管集合为开关管T5和开关管T6，开关管T6的第一端连接电源的正极性端P点，开关管T6的第二端连接开关管T5的第一端，开关管T6的控制端输入第六控制信号。第二子开关管集合为开关管T7和开关管T8，开关管T7的第一端连接所述第二分节点A2，开关管T7的第二端连接开关管T8的第一端，开关管T8的第二端连接所述电源的负极性端N点，开关管T7的控制端输入第七控制信号，开关管T8的控制端输入第八控制信号。第四子开关管集合为开关管T7和二极管D3，二极管D3的阳极连接开关管T7的第二端，阴极连接第四节点D ；第六子开关管集合为第四二极管，所述第四二极管的阳极连接所述第二分节点，阴极连接所述电源的正极性端。图36为图1对应的的第七种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:第一子开关管集合为二极管D1，二极管Dl的阳极连接所述电源的负极性端N点，阴极连接所述第一分节点Al ；所述第三子开关管集合为二极管D2和开关管T5，二极管D2的阳极连接所述第四节点D，阴极连接开关管T5的第一端，第二端连接所述第一分节点Al，控制端输入第五控制信号;所述第五子开关管集合为开关管T6，开关管T6的第一端连接所述电源的正极性端P，第二端连接所述第一分节点Al，控制端输入第六控制信号；所述第二子开关管集合为开关管T8，开关管T8的第一端连接所述第二分节点A2，第二端连接所述电源的负极性端N点，控制端输入第八控制信号；所述第四子开关管集合为二极管D3和开关管T7，二极管D3的阴极连接所述第四节点D，阳极连接开关管T7的第二端，第一端连接所述第二分节点A2，控制端输入第七控制
信号;所述第六子开关管集合为二极管D4，阳极连接所述第二分节点A2，阴极连接所述电源的正极性端P点。图37为图1对应的第八种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:所述第一子开关管集合为二极管D1，二极管Dl的阳极连接所述电源的负极性端N点，阴极连接所述第一分节点Al ；所述第三子开关管集合为二极管D2和开关管T5，二极管D2的阳极连接所述第四节点D，阴极连接开关管T5的第一端，开关管T5的第二端连接所述第一分节点Al，控制端输入第五控制信号；所述第五子开关管集合为开关管T5和开关管T6，开关管T6的第一端连接所述电源的正极性端P点，第二端连接开关管T5的第一端，开关管T6的控制端输入第六控制信号;所述第二子开关管集合为开关管T7，开关管T7的第一端连接所述第二分节点A2，第二端连接所述电源的负极性端N点，控制端输入第七控制信号；所述第四子开关管集合为开关管T8和二极管D3，开关管T8的第二端连接所述第二分节点A2，第一端连接二极管D3的阳极，控制端输入第八控制信号，二极管D3的阴极连接所述第四节点D ;所述第六子开关管集合为二极管D4，阳极连接所述第二分节点A2，阴极连接所述电源的正极性端P点。图38为图1对应的第九种五电平逆变器的电路结构示意图，如图所示:所述第一子开关管集合为二极管D1，阳极连接所述电源的正极性端P点，阴极连接所述第一分节点Al ；所述第三子开关管集合为二极管D2和开关管T5，二极管D2的阳极连接所述第四节点D，阴极连接开关管T5的第一端，第二端连接第一分节点Al，控制端输入第五控制信号;所述第五子开关管集合为开关管T6，开关管T6的第一端连接所述电源的正极性端P点，第二端连接第一分节点Al，控制端输入第六控制信号；所述第二子开关管集合为开关管T7和开关管T8，开关管T7的第一端连接所述第二分节点A2，第二端连接开关管T8的第一端，控制端输入第七控制信号；开关管T8的第二端连接所述电源的负极性端N点，控制端输入第八控制信号；所述第四子开关管集合为二极管D3和开关管T7，二极管D3的阳极连接开关管T7的第二端，阴极连接所述第四节点D ；
所述第六子开关管集合为二极管D4，阳极连接所述第二分节点A2，阴极连接所述电源的正极性端P点。图39-图47为图2对应的九种第二类具体的电路结构示意图，与图30-图38所示的九种第一类具体的电路结构示意图不同的是，在附加桥臂两端增加电容，其它部分的电路相同，此处不再赘述。其中，图39是在图30的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图40是在图31的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图41是在图32的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图42是在图33的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图43是在图34的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图44是在图35的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图45是在图36的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图46是在图37的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。图47是在图38的附加桥臂(即开关管Tl和T2的串联支路)两端并联了两个串联的电容C3和C4，且C3和C4的公共节点连接第二节点B。需要说明的是，本申请实施例中的所有的开关管的第一端和第二端之间均并联一个二极管，二极管的阳极连接所述第二端，阴极连接所述第一端，五电平逆变器电路中的反向电流流过二极管。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。以上所述仅是本申请的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
权利要求
1.一种五电平逆变器，其特征在于，包括:电源、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一开关管集合、第二开关管集合、第三开关管集合、第一节点、第二节点、第三节点和第四节点，其中: 所述第一电容和所述第二电容串联后并联在所述电源的两端，所述第一电容和所述第二电容的公共节点为第四节点； 所述第一开关管和所述第二开关管串联后并联在所述电源的两端，所述第一开关管和所述第二开关管的公共节点为所述第三节点，且第一开关管的控制端输入有第一控制信号，所述第二开关管的控制端输入有第二控制信号； 所述第一节点连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端通过交流电网连接所述第二节点； 所述第一节点通过第一开关管集合连接所述电源的负极性端，所述第一节点通过第二开关管集合连接所述第四节点，所述第一节点通过第三开关管集合连接所述电源的正极性端; 所述第二节点连接所 述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接所述第三节点； 所述第三开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第二节点，控制端输入第三控制信号； 所述第四开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第四控制信号。
2.根据权利要求1所述的五电平逆变器，其特征在于，还包括:第三电容和第四电容，所述第三电容与所述第四电容串联后并联在所述电源的两端，且所述第三电容和所述第四电容的公共节点连接所述第二节点。
3.根据权利要求1或2所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一开关管集合为第五开关管，第五开关管的第一端连接所述第一节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第五控制信号； 所述第二开关管集合为第六开关管和第七开关管，所述第六开关管的第一端连接所述第七开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第四节点，所述第七开关管的第二端连接所述第一节点，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号，所述第七开关管的控制端输入第七控制信号； 所述第三开关管集合为第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端连接所述第八开关管的第二端，所述第八开关管的第一端连接所述电源的正极性端，所述第八开关管的控制端输入第八控制信号。
4.根据权利要求1或2所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一开关管集合为第五开关管和第六开关管，所述第六开关管的第二端连接所述电源的负极性端，第一端连接所述第五开关管的第二端，所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，所述第五开关管的控制端输入第五控制信号，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号； 所述第二开关管集合为第五开关管和第七开关管，所述第五开关管的第二端连接所述第七开关管的第二端，所述第七开关管的第一端连接所述第四节点，控制端输入第七控制信号；所述第三开关管集合为第八开关管，所述第八开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第一节点，控制端输入第八控制信号。
5.根据权利要求1或2所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一开关管集合为第五开关管和第六开关管，所述第六开关管的第二端连接所述电源的负极性端，第一端连接所述第五开关管的第二端，所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，所述第五开关管的控制端输入第五控制信号，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号； 所述第二开关管集合为第五开关管、第七开关管、第一二极管和第二二极管，其中，所述第一二极管的阳极连接所述第五开关管的第二端，阴极连接所述第四节点；所述第七开关管与所述第二二极管串联连接于所述第四节点和所述第一节点之间，所述第二二极管的阳极连接所述第四节点，所述第七开关管的第二端连接所述第一节点，所述第七开关管的控制端输入第七控制信号； 所述第三开关管集合为所述第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端连接所述第八开关管的第二端，所述第八开关管的第一端连接所述电源的正极性端，控制端输入第八控制信号。
6.根据权利要求1或2所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一开关管集合为第五开关管，所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第五控制信号； 所述第二开关管集合为第六开关管和第七开关管，所述第六开关管的第一端连接所述第七开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第一节点，所述第七开关管的第二端连接所述第四节点，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号，第七开关管输入第七控制信号；` 所述第三开关管集合为第八开关管，所述第八开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第一节点，控制端输入第八控制信号。
7.根据权利要求1或2所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一开关管集合为第五开关管，所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第五控制信号；、 所述第二开关管集合为第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第六开关管，其中，所述第一二极管的阳极连接所述第六开关管的第二端，阴极连接所述第四节点，所述第二二极管的阳极连接所述第四节点，阴极连接所述第六开关管的第一端；所述第三二极管的阳极连接所述第六开关管的第二端，阴极连接所述第一节点，第四二极管的阳极连接所述第一节点，阴极连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号； 所述第三开关管集合为第七开关管，所述第七开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第一节点，控制端输入第七控制信号。
8.根据权利要求1或2所述的五电平逆变器，其特征在于，所述第一节点包括第一分节点和第二分节点，所述第一分节点通过所述第一电感连接所述交流电网，所述第二分节点通过第一子电感连接所述交流电网； 所述第一开关管集合包括第一子开关管集合和第二子开关管集合，所述第二开关管集合包括第三子开关管集合和第四子开关管集合，所述第三开关管集合包括第五子开关管集合和第六子开关管集合； 所述第一分节点通过所述第一子开关管集合连接所述电源的负极性端，通过第三子开关管集合连接所述第四节点，通过第五子开关管集合连接所述电源的正极性端； 所述第二分节点通过所述第二子开关管集合连接所述电源的负极性端，通过第四子开关管集合连接所述第四节点，通过第六子开关管集合连接所述电源的正极性端。
9.根据权利要求8所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一子开关管集合为第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述电源的负极性端，阴极连接所述第一分节点； 所述第三子开关管集合为第二二极管和第五开关管，所述第二二极管的阳极连接所述第四节点，阴极连接所述第五开关管的第一端，第二端连接所述第一分节点，控制端输入第五控制信号； 所述第五子开关管集合为第五开关管和第六开关管，所述第六开关管的第一端连接所述电源的正极性端，所述第六开关管的第二端连接所述第五开关管的第一端，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号； 所述第二子开关管集合为第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端连接所述第二分节点，所述第七开关管的第二端连接所述第八开关管的第一端，所述第八开关管的第二端连接所述电源的负极性端，所述第七开关管的控制端输入第七控制信号，所述第八开关管的控制端输入第八控制信号； 所述第四子开关管集合为所述第七开关管和第三二极管，所述第三二极管的阳极连接所述第七开关管的第二端，阴极连接所述第四节点； 所述第六子开关管集合为第四二极管，所述第四二极管的阳极连接所述第二分节点，阴极连接所述电源的正极性端。
10.根据权利要求8所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一子开关管集合为第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述电源的负极性端，阴极连接所述第一分节点； 所述第三子开关管集合为第二二极管和第五开关管，所述第二二极管的阳极连接所述第四节点，阴极连接所述第五开关管的第一端，第二端连接所述第一分节点，控制端输入第五控制信号； 所述第五子开关管集合为第六开关管，所述第六开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第一分节点，控制端输入第六控制信号； 所述第二子开关管集合为第八开关管，所述第八开关管的第一端连接所述第二分节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第八控制信号； 所述第四子开关管集合为第三二极管和第七开关管，所述第三二极管的阴极连接所述第四节点，阳极连接所述第七开关管的第二端，所述第七开关管的第一端连接所述第二分节点，控制端输入第七控制信号； 所述第六子开关管集合为第四二极管，阳极连接所述第二分节点，阴极连接所述电源的正极性端。
11.根据权利要求8所述的五电平逆变器，其特征在于:所述第一子开关管集合为第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述电源的负极性端，阴极连接所述第一分节点； 所述第三子开关管集合为第二二极管和第五开关管，所述第二二极管的阳极连接所述第四节点，阴极连接所述第五开关管的第一端，所述第五开关管的第二端连接所述第一分节点，控制端输入第五控制信号； 所述第五子开关管集合为所述第五开关管和第六开关管，所述第六开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第五开关管的第一端，所述第六开关管的控制端输入第六控制信号； 所述第二子开关管集合为第七开关管，所述第七开关管的第一端连接所述第二分节点，第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第七控制信号； 所述第四子开关管集合为第八开关管和第三二极管，所述第八开关管的第二端连接所述第二分节点，第一端连接所述第三二极管的阳极，控制端输入第八控制信号，所述第三二极管的阴极连接所述第四节点； 所述第六子开关管集合为第四二极管，阳极连接所述第二分节点，阴极连接所述电源的正极性端。
12.根据权利要求8所述的五电平逆变器，其特征在于: 所述第一子开关管集合为第一二极管，阳极连接所述电源的正极性端，阴极连接所述第一分节点； 所述第三子开关管集合为第二二极管和第五开关管，所述第二二极管的阳极连接所述第四节点，阴极连接所述第五开关管的第一端，第二端连接所述第一分节点，控制端输入第五控制信号； 所述第五子开关管集合为第六开关管，所述第六开关管的第一端连接所述电源的正极性端，第二端连接所述第一分节点，控制端输入第六控制信号； 所述第二子开关管集合为第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端连接所述第二分节点，第二端连接所述第八开关管的第一端，控制端输入第七控制信号；所述第八开关管的第二端连接所述电源的负极性端，控制端输入第八控制信号； 所述第四子开关管集合为第三二极管和所述第七开关管，所述第三二极管的阳极连接所述第七开关管的第二端，阴极连接所述第四节点； 所述第六子开关管集合为第四二极管，阳极连接所述第二分节点，阴极连接所述电源的正极性端。
13.—种五电平逆变器漏电流控制方法，应用于权利要求1-12任一项所述的五电平逆变器，其特征在于，包括: 在所述五电平逆变器的输出电压值由O上升的时刻开始的第一预设时间段内，以及在所述五电平逆变器的输出电压值降为O的时刻之前的第一预设时间段内，控制所述第三开关管集合和所述第一开关管导通的第一状态，与所述第三开关管集合和所述第二开关管导通的第二状态交替进行； 在所述五电平逆变器的输出电压值由O下降的时刻开始的第二预设时间段内，以及在所述五电平逆变器的输出电压值上升至O的时刻之前的第二预设时间段内，控制所述第一开关管集合和所述第一开关管导通的第三状态，与所述第一开关管集合和所述第二开关管导通的第四状态交替进行。
14.一种五电平逆变器漏电流控制方法，应用于1-12任一项所述的五电平逆变器，其特征在于，包括: 在所述五电平逆变器的输出的电压值由O上升的时刻开始的第一预设时间段内，控制所述第二开关管集合和所述第二开关管导通的第一状态，与所述第二开关管集合和所述第一开关管导通的第二状态交替进行； 在所述五电平逆变器的输出的电压值下降至O的时刻之前的第二预设时间段内，控制所述第一开关管集合和所述第二开关管导通的第三状态，与所述第二开关管集合和所述第二开关管导通的第四状态交替进行； 在所述五电平逆变器的输出的电压值从O下降的时刻开始的第三预设时间段内，控制所述第三开关管集合和所述第一开关管导通的第五状态，与所述第二开关管集合和所述第一开关管导通的第六状态交替进行； 在所述五电平逆变器的输出的电压值上升至O的时刻之前的的第四预设时间阶段内，控制所述第三开关管集合和所述第一开关管导通的第七状态，与所述第二开关管集合和所述第一开关管导通的第八状态交替进行。
全文摘要
本申请公开了一种五电平逆变器及其漏电流控制方法，其中，所述五电平逆变器，在电源的两端并联有串联的第一开关管和第二开关管作为附加桥臂，控制第一开关管和第二开关管的导通状态，并采用一定的控制策略，使得五电平逆变器的第一节点与电源的负极性端之间的电压在过零点时平滑过渡，减小尖峰，从而减小漏电流的幅值。
文档编号H02M7/483GK103178735SQ20131008017
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者汪洪亮, 宋炀, 李晓迅, 代尚方, 胡兵, 薛丽英, 周灵兵 申请人:阳光电源股份有限公司