多电平逆变器制造技术

本发明专利技术实施例所提供的一种多电平逆变器位于输入直流电源和负载之间，其中输入直流电源的电压为E，可能是一个太阳能电池板阵列，或者一个能量存储设备，比如可充电电池、燃料电池等。上述多电平逆变器包括直流输入单元、第一双向开关、第二双向开关、第三电容器C以及逆变单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电源
，具体涉及一种多电平逆变器。
技术介绍
近年来，可再生能源特别是光伏太阳能越来越多的受到重视，并在欧洲、北美和亚洲等区域得到大规模应用。典型的光伏发电系统，包含一个或多个光伏电池板通过串联和并联的形式将太阳能转换为一定电压和电流的直流电，然后通过光伏逆变器，将此直流电转换为交流，输送到电网，实现太阳能到电网能量的转换。在绝缘可接受的范围内，一般会通过电池板串联方式提升电池板输出直流电的电压，这样在相同电流(电缆线径)的情况下，可以输出更大的功率，从而节省系统成本，目前大规模使用的三相并网的太阳能发电系统中，电池板串联输出电压最大达到1000V，且已有更改1500V耐受能力的电池板推出，系统成本有望得到进一步降低。但是随着电池板输出电压的提升，对逆变器功率变换部分的开关半导体器件性能提出了更高的要求，目前主流的功率半导体器件，耐压在1200V以下时，有较好的开关和损耗特性，在较高的开关频率下，可以得到较为理想的转换效率，较高的开关频率可以降低滤波电路的体积和重量，有利于系统小型化。为了降低逆变器滤波部分体积和重量，应用于高压大功率领域的多电平变换器引起了电力电子行业的极大关注。由于受电力电子器件电压容量的限制，传统的两电平变频器通常采用“高-低-高”方式经变压器降压和升压来获得高压大功率，或采用多个小容量逆变单元,经多绕组变压器多重化来实现，这使得系统效率和可靠性下降。
技术实现思路
本申请提供了一种多电平逆变器，能够实现更多电平输出，从而保证电路的系统效率和可靠性。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：第一方面，提供了一种多电平逆变器，包括一直流输入单元以及一逆变单元，所述多电平逆变器还包括一第一双向开关、一第二双向开关以及一第三电容器C3，其中：所述直流输入单元包括包括第一电容器C1和第二电容器C2，所述第一电容器C1和第二电容器C2串联连接在输入的直流电源正负两端之间；所述逆变单元包括同向串联连接在输入的直流电源的正负两端之间的四个开关管，所述四个开关管包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4，其中所述四个开关管按照Q1，Q2，Q3，Q4的顺序同向串联连接在所述输入直流电源的正负极之间；所述第一双向开关的一端连接到所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点，另一端连接到所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，用于对所述第一双向开关两端间的电流实现双向导通和关断控制；所述第二双向开关的一端连接到所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的的连接点，另外一端连接到所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，用于对所述第二双向开关两端间的电流实现双向导通和关断控制；所述第三电容器C3的正端连接在所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的连接点，负端连接在所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点；所述开关管Q1-4中每一开关管均反向并联一二极管。结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述第一双向开关包括反向串联的第五开关管Q5和第六开关管Q6，所述第五开关管Q5一端连接到所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，另一端与第六开关管Q6的一端连接，所述第六开关管Q6的另一端与所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点连接。结合第一方面或第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，所述第二双向开关包括反向串联在一起的第七开关管Q7和第八开关管Q8，所述第七开关管Q7的一端与所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点连接，另一端与第八开关管Q8的一端连接，所述第八开关管Q8的另一端与所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的的连接点连接。结合第一方面或第一方面的第一种实现方式或第一方面的第二种实现方式，所述第一或第二双向开关中的每一开关管均反向并联一二极管。结合第一方面或第一方面的上述三种实现方式中任一种实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，所述多电平逆变器还包括一第一开关S1、一第二开关S2和一电阻Rc，所述第一开关S1并联在第一开关管Q1两端，所述第二开管S2与电阻Rc串联之后并联在第四开关管Q4两端。结合第一方面或第一方面的上述四种实现方式中任一种实现方式，在第一方面的第五种实现方式中，所述多电平逆变器还包含一DC/DC变换器，所述DC/DC变换器两输入端分别连接在所述直流输入单元的两端，所述DC/DC变换器的两输出端分别连接在第三电容器C3的两端。结合第一方面或第一方面的上述五种实现方式中任一种实现方式，在第一方面的第六种实现方式中，所述多电平逆变器还包含滤波单元，所述滤波单元的输入端与第二开关管Q2以及第三开关管Q3之间的连接点连接。第二方面，本专利技术实施例提供了一种供电系统，包括直流电源、DC/DC变换器以及如上述第一方面所述的多电平逆变器，所述PV太阳能板的输出端与DC/DC变换器的输入端连接，所述DC/DC变换器输出端与多电平逆变器的输入端连接，所述多电平逆变器的输出端接入电网，以将经过多电平逆变器逆变处理后获得的交流电输送给电网。上述多电平逆变器通过两组双向开关跨接直流输入单元和逆变单元之间的电路设计，实现更多电平的输出，通过输出电压电平数的增加，使得输出波形的谐波含量减小，从而提高系统效率以及稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器的电路图。图2a和图2b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态一下的电路控制图。图3a和图3b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态二下的电路控制图。图4a和图4b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态三下的电路控制图。图5a和图5b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态四下的电路控制图。图6a和图6b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态五下的电路控制图。图7a和图7b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态六下的电路控制图。图8a和图8b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态七下的电路控制图。图9a和图9b为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器状态八下的电路控制图。图10为本专利技术实施例一中一种多电平逆变器的电路控制状态图。图11为本专利技术实施例二中一种多电平逆变器的第一种实现的电路图。图12为本专利技术实施例二中一种多电平逆变器的第二种实现的电路图。图13为本专利技术实施例三中一种供电系统的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：如图1所示，本专利技术实施例所提供的一种多电平逆变器100可以配置于输入直流电源E和负载RL之间，其中输入直流电源E的电压为E，可能是一个太阳能电池板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电平逆变器用于连接输入直流电源，其特征在于，包括：直流输入单元逆变单元、第一双向开关、第二双向开关以及第三电容器C3，其中：所述直流输入单元包括第一电容器C1和第二电容器C2，所述第一电容器C1和第二电容器C2用于串联连接在所述输入直流电源的正负极之间；所述逆变单元包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4，所述四个开关管按照Q1，Q2，Q3，Q4的顺序同向串联连接在所述输入直流电源的正负极之间；所述第一双向开关的一端连接所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点，另一端连接所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，用于对所述第一双向开关两端间的电流实现双向导通和关断控制；所述第二双向开关的一端连接所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的连接点，另外一端连接所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，用于对所述第二双向开关两端间的电流实现双向导通和关断控制；所述第三电容器C3的正级连接所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的连接点，所述第三电容器C3的负级连接所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点；所述开关管Q1至Q4中每一开关管均反向并联一二极管。...

【技术特征摘要】
1.一种多电平逆变器用于连接输入直流电源，其特征在于，包括：直流输入单元逆变单元、第一双向开关、第二双向开关以及第三电容器C3，其中：所述直流输入单元包括第一电容器C1和第二电容器C2，所述第一电容器C1和第二电容器C2用于串联连接在所述输入直流电源的正负极之间；所述逆变单元包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4，所述四个开关管按照Q1，Q2，Q3，Q4的顺序同向串联连接在所述输入直流电源的正负极之间；所述第一双向开关的一端连接所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点，另一端连接所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，用于对所述第一双向开关两端间的电流实现双向导通和关断控制；所述第二双向开关的一端连接所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的连接点，另外一端连接所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，用于对所述第二双向开关两端间的电流实现双向导通和关断控制；所述第三电容器C3的正级连接所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的连接点，所述第三电容器C3的负级连接所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点；所述开关管Q1至Q4中每一开关管均反向并联一二极管。2.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其特征在于，所述第一双向开关包括反向串联的第五开关管Q5和第六开关管Q6，所述第五开关管Q5一端连接所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点，另一端与第六开关管Q6的一端连接，所述第六开关管Q6的另一端与所述第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点连接。3.根据权利要求1或2所述的多电平逆变器，其特征在于，所述第二双向开关包括反向串联在一起的第七开关管Q7和第八开关管Q8，所述第七开关管Q7的一端与所述第一电容器C1和第二电容器C2之间的连接点连接，另一端与第八开关管Q8的一端连接，所述第八开关管Q8的另一端与所述第一开关管Q1和第二开关管Q2之间的连接点连接。4.根据权利要求3所述的多电平逆变器，其特征在于，所述第一或第二双向开关中的每一开关管均反向并联一二极管。5.根据权利要求1至4任一项述的多电平逆变器，其特征在于，所述多电平逆变器还包括第一开关S1、第二开关S2和电阻Rc，所述第一开关S1并联在第一开关管Q1两端，所述第二开管S2与电阻Rc串联之后并联在第四开关管Q4两端。6.根据权利要求1至5任一项所述的多电平逆变器，其特征在于，所述多电平逆变器还包含一DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的两输入端分别连接在所述直流输入单元的两端，所述DC/DC变换器的两输出端分别连接在第三电容器C3的两端。7.根据权利要求1至6任一项所述的多电平逆变器，其特征在于，还包括滤波单元，所述滤波单元的输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，傅电波，曹震，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44