五电平拓扑单元及五电平交直流变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种五电平拓扑单元。该五电平拓扑单元包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件；第一电容、第二电容、第三电容及第四电容；五电平拓扑单元在各开关器件的作用下工作在五个工作模态，以满足交流端的交流电压。本实用新型专利技术还涉及一种五电平交直流变换器。上述五电平拓扑单元及五电平交直流变换器，在直流电压一定时，交流端的交流电的最大幅值更高。因此，可降低交流侧并网变压器和交流线缆的成本及损耗，从而降低整个系统的成本；并且系统可靠性高，效率高；开关器件的封装结构的通用性高，体积小。

【技术实现步骤摘要】
五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
本技术涉及电力电子
，特别涉及一种五电平拓扑单元及五电平交直流变换器。
技术介绍
双向交直流变换器是一种将直流电能转换成交流电能或者将交流电能转换成直流电能的变换器。随着社会的不断发展和进步，人类对能源的需求日益增加，光伏、储能等新能源在能源比重占比也越来越大。作为其核心，光伏直流变换器及储能变流器在近年的市场竞争中也越来越激烈。为了满足市场需求，越来越多的多电平交直流变换器推入市场，例如五电平交直流变换器。目前市场上的五电平交直流变换器，具有复杂的均压措施和吸收电路，这会导致五电平交直流变换器的损耗大，效率低，最终导致五电平交直流变换器的成本较高。
技术实现思路
基于此，有必要针对五电平交直流变换器的这些问题，提供一种五电平拓扑单元及五电平交直流变换器。一种五电平拓扑单元，包括：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件；第一电容、第二电容、第三电容及第四电容；所述五电平拓扑单元与直流电源连接；所述直流电源的直流正端与直流负端之间并联有第一支路、第二支路和第三支路；其中，所述第一支路包括相连的所述第一电容和所述第二电容，所述第一电容和所述第二电容之间的电路中点作为第一连接端；所述第一电容未连接所述第一连接端的电极连接直流电源的直流正端，所述第二电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流电源的直流负端；所述第二支路包括依次连接的所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件，所述第二开关器件未连接所述第三开关器件的一端与所述直流正端连接，所述第五开关器件未连接所述第四开关器件的一端与所述直流负端连接；所述第三直流包括依次连接的所述第一开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件及所述第六开关器件，所述第一开关器件未连接所述第七开关器件的一端连接所述直流正端，所述第六开关器件未连接所述第八开关器件的一端连接所述直流负端；所述第七开关器件和所述第八开关器件的公共连接端作为交流端；所述第九开关器件和所述第十开关器件设置于所述第一连接端和所述交流端之间的电路上；所述第一开关器件和所述第七开关器件之间的公共连接端通过所述第三电容与所述第二开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接；所述第六开关器件和所述第八开关器件的公共连接端通过所述第四电容与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接；在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内，所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态，以使得所述交流端输出交流电压；当所述五电平拓扑单元工作在所述第一工作模态时，所述交流端的电压为零；当所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态时，所述五电平拓扑单元交流端的电压与所述直流正端的电压相等；当所述五电平拓扑单元工作在所述第三工作模态时，所述交流端的电压为所述直流正端的电压的两倍；当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时，所述交流端的电压与所述直流负端相等；当所述五电平拓扑单元工作在所述第五工作模态时，所述交流端的电压是所述直流负端电压的两倍。在其中一个实施例中，所述第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第九开关器件、第十开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态；第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第十开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态；第二开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第七开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第三工作模态；第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第八开关器件、第九开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第四工作模态；第一开关器件、第三开关器件、第五开关器件、第八开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第五工作模态。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元还包括第一电感；所述第三开关器件和所述第四开关器件的公共连接端通过第一电感与第一连接端连接。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元还包括第十三二极管和第十四二极管，所述第十三二极管的阳极与所述第一连接端连接，所述第十三二极管的阴极与所述第二开关器件和所述第三开关器件的公共连接端连接；所述第十四二极管的阴极与所述第一连接端连接，所述第十四二极管的阳极与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接。在其中一个实施例中，所述第九开关器件与所述第十开关器件串联，所述第九开关器件连接所述第一连接端，所述第十开关器件连接所述交流端。在其中一个实施例中，所述第九开关器件与所述第十开关器件反并联，所述第九开关器件与所述第十开关器件的一公共连接端与所述第一连接端连接，另一公共连接端与所述交流端连接。一种五电平交直流变换器包括：上述任一实施例所述的五电平拓扑单元；控制单元，用于控制所述五电平拓扑单元中各开关器件的导通状态或截止状态，以使得五电平交直流变换器工作在相应的模态。在其中一个实施例中，所述控制单元与各所述开关器件分别连接；所述控制单元的控制信号包括第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号；所述控制单元通过将所述第一电压信号与所述第二电压信号的电压值在同一时刻的比较结果作为所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件、所述第五开关器件及所述第六开关器件的驱动信号；所述控制单元通过将所述第一电压信号与所述第三电压信号的电压值在同一时刻的比较结果作为所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第九开关器件、所述第十开关器件的驱动信号；各所述开关器件在相应的驱动信号下导通或截止。在其中一个实施例中，所述第一电压信号的波形为正弦波；所述第二电压信号和所述第三电压信号的波形分别三角波。在其中一个实施例中，所述的五电平交直流变换器还包括：交流侧滤波单元，所述交流滤波单元的一端与所述五电平拓扑单元的交流端连接，所述交流滤波单元用于改善所述交流端的交流电的波形。上述五电平拓扑单元及五电平交直流变换器，将直流电源的直流电转换成为交流电输出或者将交流侧的交流电转换成直流侧的直流电输出。在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内，所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态。当工作在第一工作模态时，交流端的电压为零。当工作在第二工作模态时，交流端的电压与直流正端的电压相等。当工作在第三工作模态时，交流端的电压为直流正端的电压的两倍。当工作在第四工作模态时，交流端的电压与直流负端相等。当工作在第五工作模态时，交流端的电压是直流负端电压的两倍。因此，在直流电源的直流电压一定时，交流端的交流电的最大幅值是直流电压的两倍。也就是说，在直流电源的直流电压一定时，交流端的交流电的幅值更高，交流电的电压有效值更高。在相同功率等级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五电平拓扑单元，其特征在于，包括：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容；所述五电平拓扑单元与直流电源连接；所述直流电源的直流正端与直流负端之间并联有第一支路、第二支路和第三支路；其中，所述第一支路包括相连的所述第一电容和所述第二电容，所述第一电容和所述第二电容之间的电路中点作为第一连接端；所述第一电容未连接所述第一连接端的电极连接直流电源的直流正端，所述第二电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流电源的直流负端；所述第二支路包括依次连接的所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件，所述第二开关器件未连接所述第三开关器件的一端与所述直流正端连接，所述第五开关器件未连接所述第四开关器件的一端与所述直流负端连接；所述第三支路包括依次连接的所述第一开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件及所述第六开关器件，所述第一开关器件未连接所述第七开关器件的一端连接所述直流正端，所述第六开关器件未连接所述第八开关器件的一端连接所述直流负端；所述第七开关器件和所述第八开关器件的公共连接端作为交流端；所述第九开关器件和所述第十开关器件设置于所述第一连接端和所述交流端之间的电路上；所述第一开关器件和所述第七开关器件之间的公共连接端通过所述第三电容与所述第二开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接；所述第六开关器件和所述第八开关器件的公共连接端通过所述第四电容与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接；所述五电平拓扑单元工作模态包括第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态以及第五工作模态；在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内，所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态，以使得所述交流端输出交流电压；当所述五电平拓扑单元工作在所述第一工作模态时，所述交流端的电压为零；当所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态时，所述五电平拓扑单元交流端的电压与所述直流正端的电压相等；当所述五电平拓扑单元工作在所述第三工作模态时，所述交流端的电压为所述直流正端的电压的两倍；当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时，所述交流端的电压与所述直流负端相等；当所述五电平拓扑单元工作在所述第五工作模态时，所述交流端的电压是所述直流负端电压的两倍。...

【技术特征摘要】
1.一种五电平拓扑单元，其特征在于，包括：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容；所述五电平拓扑单元与直流电源连接；所述直流电源的直流正端与直流负端之间并联有第一支路、第二支路和第三支路；其中，所述第一支路包括相连的所述第一电容和所述第二电容，所述第一电容和所述第二电容之间的电路中点作为第一连接端；所述第一电容未连接所述第一连接端的电极连接直流电源的直流正端，所述第二电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流电源的直流负端；所述第二支路包括依次连接的所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件，所述第二开关器件未连接所述第三开关器件的一端与所述直流正端连接，所述第五开关器件未连接所述第四开关器件的一端与所述直流负端连接；所述第三支路包括依次连接的所述第一开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件及所述第六开关器件，所述第一开关器件未连接所述第七开关器件的一端连接所述直流正端，所述第六开关器件未连接所述第八开关器件的一端连接所述直流负端；所述第七开关器件和所述第八开关器件的公共连接端作为交流端；所述第九开关器件和所述第十开关器件设置于所述第一连接端和所述交流端之间的电路上；所述第一开关器件和所述第七开关器件之间的公共连接端通过所述第三电容与所述第二开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接；所述第六开关器件和所述第八开关器件的公共连接端通过所述第四电容与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接；所述五电平拓扑单元工作模态包括第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态以及第五工作模态；在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内，所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态，以使得所述交流端输出交流电压；当所述五电平拓扑单元工作在所述第一工作模态时，所述交流端的电压为零；当所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态时，所述五电平拓扑单元交流端的电压与所述直流正端的电压相等；当所述五电平拓扑单元工作在所述第三工作模态时，所述交流端的电压为所述直流正端的电压的两倍；当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时，所述交流端的电压与所述直流负端相等；当所述五电平拓扑单元工作在所述第五工作模态时，所述交流端的电压是所述直流负端电压的两倍。2.根据权利要求1所述的五电平拓扑单元，其特征在于，所述第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第九开关器件、第十开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态；第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：余仕君，高钢，
申请(专利权)人：易事特集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44