七电平逆变器及七电平逆变拓扑结构制造技术

本发明专利技术提供一种七电平逆变器及其拓扑结构，包括DC/AC单元和DC/DC单元，DC/AC单元包括：T1和T2串联后与C1并联，T1输入端为第一直流输入端P0；T3和T4串联后与C2并联，T4输出端为第二直流输入端N0；T5输入端与T1输出端和T2输入端相连，T5输出端与T7输入端相连于C3的第一端P1；T6输入端与T8输出端相连于C3的第二端N1，T6输出端与T3输出端和T4输入端相连；T7输出端和T8输入端与第一输出端相连，T2输出端和T3输入端与第二输出端相连。DC/DC单元输入端为P0和N0，输出端为P1和N1，用于补充C3功率差额维持C3电压稳定。本发明专利技术开关管数量少，电容数少。

【技术实现步骤摘要】
七电平逆变器及七电平逆变拓扑结构
本专利技术涉及电力电子变换器
，更具体地，涉及一种七电平逆变器及七电平逆变拓扑结构。
技术介绍
新能源发电技术的快速发展给电力电子技术提出了更高要求，大功率逆变器作为电能变换部分的核心部件，其性能的好坏直接影响电能输出的质量。多电平逆变器因具有输出电平数多、输出电压谐波小、输出功率大、开关频率低、损耗小、效率高等优点受到了学者们的青睐。现有研究的多电平逆变器主要包括：二极管钳位型多电平逆变器、电容型多电平逆变器和级联型多电平逆变器。其中，二极管钳位型多电平逆变器为获得较高的电平数，需要大量的二极管，增加了拓扑结构的复杂度，大量的二极管也提高了发生故障的可能性和整体成本。电容型多电平逆变器亦是如此，以牺牲电容数量为代价来提高电平数。而级联型多电平逆变器工作需要配置独立直流电源，或采用多绕组移相变压器，导致器件本身体积大，级联型多电平逆变器的成本亦不容乐观。
技术实现思路
本专利技术提供一种结构简单、输出电平数多、开关器件数量少，成本低的七电平逆变器及七电平逆变拓扑结构。根据本专利技术的一个方面，提供一种七电平逆变拓扑结构，包括DC/AC单元和DC/DC单元，其中：所述DC/AC单元包括第一直流电容C1和第二直流电容C2、8个开关管T1～T8、与开关管反向并联的8个二极管D1～D8以及中间电容C3，其中，第一直流电容C1和第二直流电容C2串联，分别具有初始电压；中间电容C3具有初始电压；第一开关管T1和第二开关管T2串联后与第一直流电容C1并联，第一开关管T1的输入端为第一直流输入端P0；第三开关管T3和第四开关管T4串联后与第二直流电容C2并联，第四开关管T4的输出端为第二直流输入端N0；第五开关管T5的输入端与第一开关管T1的输出端和第二开关管T2的输入端相连，第五开关管T5的输出端与第七开关管T7的输入端相连于中间电容C3的第一端P1；第六开关管T6的输入端与第八开关管T8的输出端相连于中间电容C3的第二端N1，第六开关管T6的输出端与第三开关管T3的输出端和第四开关管T4的输入端相连；第七开关管T7和第八开关管T8串联后与中间电容C3并联；其中，第七开关管T7的输出端和第八开关管T8的输入端与第一输出端O1相连，所述第二开关管T2的输出端和第三开关管T3的输入端与第二输出端O2相连；所述DC/DC单元的输入端为第一直流输入端P0和第二直流输入端N0，所述DC/DC单元的输出端为第一端P1和第二端N1，用于补充七电平逆变拓扑结构中间电容C3的功率差额，维持所述中间电容C3的电压稳定。根据本专利技术的另一个方面，提供一种七电平逆变器，包括至少一个上述七电平逆变拓扑结构。上述七电平逆变拓扑结构及七电平逆变器中DC/AC单元，由中间电容C3和直流侧的第一直流电容C1和第二直流电容C2以及开关管T1～T8来构成不同的通路，且采用DC/DC单元来补充中间电容C3的功率差额，进而维持中间电容C3电压稳定，从而输出七电平电压，与二极管钳位型七电平拓扑相比，减少了钳位二极管数量；与飞跨电容型七电平拓扑相比，减少了飞跨电容数量；与级联型七电平拓扑相比，减少了独立电源数量，因此，本专利技术所述七电平逆变拓扑结构及七电平逆变器使用开关器件数量少，且各开关管之间的连接简单，体积小，成本低，具有较高的工程应用价值。附图说明通过参考以下具体实施方式内容并且结合附图，本专利技术的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：图1是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构和七电平逆变器的结构示意图；图2是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第一工作状态的示意图；图3是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第二工作状态的示意图；图4是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第三工作状态的示意图；图5是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第四工作状态的示意图；图6是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第五工作状态的示意图；图7是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第六工作状态的示意图；图8是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构的第七工作状态的示意图。图9是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构中DC/DC单元另一个实施例的示意图；图10是本专利技术所述三相七电平逆变器的等效示意图。在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。下面将参照附图来对根据本专利技术的各个实施例进行详细描述。图1是本专利技术所述七电平逆变拓扑结构和七电平逆变器的结构示意图，如图1所示，所述七电平逆变拓扑结构由DC/AC单元1和DC/DC单元2构成，其中：DC/AC单元1包括第一直流电容C1和第二直流电容C2、8个开关管T1～T8、与开关管反向并联的8个二极管D1～D8以及中间电容C3，其中，第一直流电容C1和第二直流电容C2串联，分别具有初始电压，可以由直流电源提供，也可以由具有初始电压的电容提供；中间电容C3具有初始电压；第一开关管T1和第二开关管T2串联后与第一直流电容C1并联，第一开关管T1的输入端为第一直流输入端P0，第一开关管T1的输出端与第二开关管T2的输入端相连；第三开关管T3和第四开关管T4串联后与第二直流电容C2并联，第四开关管T4的输出端为第二直流输入端N0，第三开关管T3的输出端与第四开关管T4的输入端相连；第五开关管T5的输入端与第一开关管T1的输出端和第二开关管T2的输入端相连，第五开关管T5的输出端与第七开关管T7的输入端相连于中间电容C3的第一端P1；第六开关管T6的输入端与第八开关管T8的输出端相连于中间电容C3的第二端N1，第六开关管T6的输出端与第三开关管T3的输出端和第四开关管T4的输入端相连；第七开关管T7和第八开关管T8串联后与中间电容C3并联；其中，第七开关管T7的输出端和第八开关管T8的输入端与第一输出端O1相连，所述第二开关管T2的输出端和第三开关管T3的输入端与第二输出端O2相连。所述DC/DC单元2的输入端为第一直流输入端P0和第二直流输入端N0，所述DC/DC单元的输出端为中间电容C3的第一端P1和第二端N1，用于补充七电平逆变拓扑结构中间电容C3的功率差额，维持所述中间电容C3的电压稳定。上述七电平逆变拓扑结构开关管数量少，电容数少，体积小，成本低，结构简单，控制简单。优选地，每一对开关管互补导通，也就是说，第一开关管T1和第二开关管T2的驱动信号逻辑相反，第三开关管T3和第四开关管T4的驱动信号逻辑相反，第五开关管T5和第六开关管T6的驱动信号逻辑相反，第七开关管T7和第八开关管T8的驱动信号逻辑相反，进一步优选地，第一开关管T1和第三开关管T3驱动信号逻辑相同，所述第二开关管T2和第四开关管T4的驱动信号逻辑相同，这样上述DC/AC单元1共有3组独立的开关管，分别是第一开关管T1、第五开关管T5、第七开关管T7，使得开关管的控制更加简单。上述七电平逆变拓扑结构的各开关管的不同导通与关断的组合，可以使得七电平逆变拓扑结构处于不同工作状态，图2～图8示出了七种工作状态，其中：如图2所示，第一工作状态：第一开关管T1、第五开关管T5和第七开关管T7的驱动信号均为高电平，第二开关管T2、第六开关管T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种七电平逆变拓扑结构，其特征在于，包括DC/AC单元和DC/DC单元，其中：所述DC/AC单元包括第一直流电容(C1)和第二直流电容(C2)、8个开关管(T1～T8)、与开关管反向并联的8个二极管(D1～D8)以及中间电容(C3)，其中，第一直流电容(C1)和第二直流电容(C2)串联，分别具有初始电压；中间电容(C3)具有初始电压；第一开关管(T1)和第二开关管(T2)串联后与第一直流电容(C1)并联，第一开关管(T1)的输入端为第一直流输入端(P0)；第三开关管(T3)和第四开关管(T4)串联后与第二直流电容(C2)并联，第四开关管(T4)的输出端为第二直流输入端(N0)；第五开关管(T5)的输入端与第一开关管(T1)的输出端和第二开关管(T2)的输入端相连，第五开关管(T5)的输出端与第七开关管(T7)的输入端相连于中间电容(C3)的第一端(P1)；第六开关管(T6)的输入端与第八开关管(T8)的输出端相连于中间电容(C3)的第二端(N1)，第六开关管(T6)的输出端与第三开关管(T3)的输出端和第四开关管(T4)的输入端相连；第七开关管(T7)和第八开关管(T8)串联后与中间电容(C3)并联；其中，第七开关管(T7)的输出端和第八开关管(T8)的输入端与第一输出端(O1)相连，所述第二开关管(T2)的输出端和第三开关管(T3)的输入端与第二输出端(O2)相连；所述DC/DC单元的输入端为第一直流输入端(P0)和第二直流输入端(N0)，所述DC/DC单元的输出端为第一端(P1)和第二端(N1)，用于补充七电平逆变拓扑结构中间电容(C3)的功率差额，维持所述中间电容(C3)的电压稳定。...

【技术特征摘要】
1.一种七电平逆变拓扑结构，其特征在于，包括DC/AC单元和DC/DC单元，其中：所述DC/AC单元包括第一直流电容(C1)和第二直流电容(C2)、8个开关管(T1～T8)、与开关管反向并联的8个二极管(D1～D8)以及中间电容(C3)，其中，第一直流电容(C1)和第二直流电容(C2)串联，分别具有初始电压；中间电容(C3)具有初始电压；第一开关管(T1)和第二开关管(T2)串联后与第一直流电容(C1)并联，第一开关管(T1)的输入端为第一直流输入端(P0)；第三开关管(T3)和第四开关管(T4)串联后与第二直流电容(C2)并联，第四开关管(T4)的输出端为第二直流输入端(N0)；第五开关管(T5)的输入端与第一开关管(T1)的输出端和第二开关管(T2)的输入端相连，第五开关管(T5)的输出端与第七开关管(T7)的输入端相连于中间电容(C3)的第一端(P1)；第六开关管(T6)的输入端与第八开关管(T8)的输出端相连于中间电容(C3)的第二端(N1)，第六开关管(T6)的输出端与第三开关管(T3)的输出端和第四开关管(T4)的输入端相连；第七开关管(T7)和第八开关管(T8)串联后与中间电容(C3)并联；其中，第七开关管(T7)的输出端和第八开关管(T8)的输入端与第一输出端(O1)相连，所述第二开关管(T2)的输出端和第三开关管(T3)的输入端与第二输出端(O2)相连；所述DC/DC单元的输入端为第一直流输入端(P0)和第二直流输入端(N0)，所述DC/DC单元的输出端为第一端(P1)和第二端(N1)，用于补充七电平逆变拓扑结构中间电容(C3)的功率差额，维持所述中间电容(C3)的电压稳定。2.根据权利要求1所述的七电平逆变拓扑结构，其特征在于，所述第一开关管(T1)和第二开关管(T2)的驱动信号逻辑相反，第三开关管(T3)和第四开关管(T4)的驱动信号逻辑相反，第五开关管(T5)和第六开关管(T6)的驱动信号逻辑相反，第七开关管(T7)和第八开关管(T8)的驱动信号逻辑相反。3.根据权利要求2所述的七电平逆变拓扑结构，其特征在于，所述第一开关管(T1)和第三开关管(T3)驱动信号逻辑相同，所述第二开关管(T2)和第四开关管(T4)的驱动信号逻辑相同。4.根据权利要求1所述的七电平逆变拓扑结构，其特征在于，所述DC/AC单元的工作状态包括以下七种工作状态，其中：第一工作状态：第一开关管(T1)、第五开关管(T5)和第七开关管(T7)的驱动信号均为高电平，第二开关管(T2)、第六开关管(T6)和第八开关管(T8)的驱动信号均为低电平，电流流向为：P0→T1→T5→T7→O1→O2→C1，或者O2→O1→D7→D5→D1→P0→C1；第二工作状态：第三开关管(T3)、第六开关管(T6)和第七开关管(T7)的驱动信号均为高电平，第四开关管(T4)、第五开关管(T5)和第八开关管(T8)的驱动信号均为低电平，电流流向为：O2→T3→D6→C3→T7→O1,或者O2→O1→D7→C3→T6→D3；第三工作状态：第一开关管(T1)、第五开关管(T5)和第八开关管(T8)的驱动信号均为高电平，第二开关管(T2)、第六开关管(T6)和第七开关管(T7)的驱动信号均为低电平，电流流向为：P0→T1→T5→C3→D8→O1→O2→C1，或者O2→O1→T8→C...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学智，赵亚雪，武文，童亦斌，张维戈，姜久春，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11