一种五电平逆变器制造技术

本申请公开了一种五电平逆变器，包括三电平直流变换器和极性转换电路。三电平直流变换器包括直流源、第一电容开关管、第二电容开关管、第一电容、第二电容、第一电平选择开关管、第二电平选择开关管、第三电平选择开关管、第一二极管和第二二极管。极性转换电路的输入端与三电平直流变换器连接，输出端用于与电网并联或与负载电路并联。本申请提供的五电平逆变器输出的五电平中最大电平为两倍于直流源的电平，直流源的利用率很高；三电平直流变换器能够输出稳定的与直流源大小相同的电平，解决了现有技术中直接利用充放电后的电容提供输出电平导致五电平逆变器中点电位不平衡、输出电平准确性较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种五电平逆变器
本申请涉及电力电子
，尤其涉及一种五电平逆变器。
技术介绍
多电平逆变器是一种把直流电源转换为交流电源的发电设备，在高功率应用场所，如光伏发电、风力发电及新能源联合发电等，多电平逆变器由于能提供良好的大电压大电流，正成为主流发电选择，应用前景广泛。目前应用较广的多电平逆变器包括五电平逆变器，参见图1，为现有技术中的五电平逆变器结构示意图，如图1所示，现有五电平逆变器通常为中点钳位型五电平逆变器，直流源Vdc与相同容量的电容C1和C2串联，电容C1和C2的上的电压均为Vdc/2，电容C1和C2之间的结点O点作为参考零电位，即为中点钳位。开关管T3和T4串联、T5和T6串联后分别连接至结点O。开关管T1、T2、T7和T8构成具有电压极性转换功能的H桥，当其他开关管关断，开关管T1、T8导通或开关管T2、T7导通时，逆变器输出到电网Grid的输出电平分别为Vdc或-Vdc。当开关管T3-T6导通时，逆变器的输出电平的绝对值为电容C2的电平大小，即Vdc/2。当H桥短路即其他开关管关断，开关管T2、T8导通或开关管T1、T7导通时,逆变器输出电平均为0。从上述五电平逆变器的结构及其工作原理可以看出，当开关管T3-T6导通时，电容C2进行放电，从而提供大小为Vdc/2的逆变器输出电平，其他导通情况下，电容C2进行充电，由直流源提供逆变器输出电平，或H桥短路，逆变器输出电平为0。由于电容C2在充放电过程中均会产生电压变化，使电容C2在放电时电压难以稳定地保持在Vdc/2电位，进而导致现有五电平逆变器输出电平的准确性较低。
技术实现思路
本申请提供了一种五电平逆变器，以解决现有五电平逆变器输出电平准确性低的问题。本申请提供了一种五电平逆变器，该五电平逆变器包括：三电平直流变换器以及与所述三电平直流变换器并联的极性转换电路，其中，所述三电平直流变换器包括依次串联的直流源、第一电容开关管和第二电容开关管；所述第一电容开关管中靠近所述直流源的一端与第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一电容开关管中连接所述第二电容开关管的一端连接；所述第二电容开关管中靠近所述直流源的一端与第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第二电容开关管中连接所述第一电容开关管的一端连接；如果所述第一电容开关管导通，则所述第二电容开关管关断，如果所述第二电容开关管导通，则所述第一电容开关管关断，所述第一电容开关管的导通时间和第二电容开关管的导通时间分别为第一预设导通时间和第二预设导通时间；第一电平选择开关管的一端与所述第一二极管的负极连接、另一端与所述极性转换电路中正极输入端连接；第二电平选择开关管的一端与所述第一电容开关管中连接所述第二电容开关管的一端连接、另一端与所述极性转换电路中正极输入端连接；第三电平选择开关的一端与所述极性转换电路中正极输入端连接、另一端分别与所述第二二极管的正极和所述极性转换电路中负极输入端连接；所述极性转换电路的输出端用于与电网并联或与负载电路并联。优选地，所述第一预设导通时间和第二预设导通时间相同。优选地，所述极性转换电路包括第一桥臂开关管、第二桥臂开关管、第三桥臂开关管和第四桥臂开关管，所述极性转换电路中正极输入端分别与所述第一桥臂开关管、第三桥臂开关管的一端连接，所述第一桥臂开关管、第三桥臂开关管的另一端分别与所述第二桥臂开关管、第四桥臂开关管的一端连接，所述第二桥臂开关管、第四桥臂开关管的另一端均与所述极性转换电路中负极输入端连接，所述极性转换电路中输出端的一个端口设置在所述第一桥臂开关管、第二桥臂开关管之间、另一个端口设置在所述第三桥臂开关管、第四桥臂开关管之间。优选地，如果所述第一桥臂开关管导通，则所述第四桥臂开关管导通，所述第二、第三桥臂开关管关断；如果所述第二桥臂开关管导通，则所述第三桥臂开关管导通，所述第一、第四桥臂开关管关断。优选地，所述第一电容开关管和第二电容开关管包括全控型晶闸管。优选地，如果所述第一电平选择开关管导通，则所述第二电平选择开关管和第三电平选择开关管关断；如果所述第二电平选择开关管导通，则所述第一电平选择开关管和第三电平选择开关管关断；如果所述第三电平选择开关管导通，则所述第二电平选择开关管和第一电平选择开关管关断。优选地，根据所述第一电容电压大于所述第二电容电压的差值大于预设阈值，导通所述第二电容、关断所述第一电容，根据所述第一电容电压小于所述第二电容电压的差值小于预设阈值，导通所述第一电容、关断所述第二电容。优选地，所述五电平逆变器的控制信号调制方式包括载波层叠调制，所述载波层叠调制的调制波包括正弦波。优选地，所述载波层叠调制的载波包括第一载波、第二载波、第三载波和第四载波，其中，所述第一载波、第二载波、第三载波和第四载波均包括三角波，所述第一载波、第二载波、第三载波和第四载波的幅值相同、频率相同、相位相同；所述第一载波、第二载波和第三载波、第四载波在同一个坐标系中上下层叠，相邻两个所述载波中，其中一个载波的最小值是另一个载波的最大值；所述调制波的最大值小于所述第一载波的最大值，所述调制波的最小值小于所述第四载波的最小值。本申请提供的五电平逆变器的有益效果包括：本申请提供的五电平逆变器，包括三电平直流变换器和极性转换电路。三电平直流变换器包括直流源、第一电容开关管、第二电容开关管、第一电容、第二电容、第一电平选择开关管、第二电平选择开关管、第三电平选择开关管、第一二极管和第二二极管。通过控制第一电容开关管和第二电容开关管的导通，可使第一电容和第二电容分别输出与直流源大小相同的电平，利用第一电平选择开关管、第二电平选择开关管和第三电平选择开关管，可实现三电平直流变换器分别输出与直流源大小相同的电平、两倍于直流源大小的电平和零电平，利用极性转换电路，可实现变换三电平直流变换器输出电平的极性，从而使本申请提供的五电平逆变器能够输出五电平。本申请提供的五电平逆变器输出的五电平中最大电平为两倍于直流源的电平，直流源的利用率很高；通过控制第一电容开关管和第二电容开关管的导通，可使三电平直流变换器输出稳定的与直流源大小相同的电平，解决了现有技术中直接利用充放电后的电容提供输出电平导致五电平逆变器输出电平准确性较低的问题。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中一种五电平逆变器的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种五电平逆变器的结构示意图；图3为本申请实施例提供的一种中点电位平衡控制结构示意图；图4为本申请实施例提供的一种五电平逆变器的等效电路示意图；图5为本申请实施例提供的一种五电平逆变器的载波层叠调制示意图；图6为本申请实施例提供的一种五电平逆变器中电平选择开关管与比较器输出的真值表。具体实施方式参见图2，为本申请实施例提供的一种五电平逆变器的结构示意图。如图2所示，本申请实施例提供的五电平逆变器，包括三电平直流变换器以及与三电平直流变换器并联的极性转换电路，三电平直流变换器包括依次串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五电平逆变器，其特征在于，包括三电平直流变换器以及与所述三电平直流变换器并联的极性转换电路，其中，所述三电平直流变换器包括依次串联的直流源、第一电容开关管和第二电容开关管；所述第一电容开关管中靠近所述直流源的一端与第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一电容开关管中连接所述第二电容开关管的一端连接；所述第二电容开关管中靠近所述直流源的一端与第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第二电容开关管中连接所述第一电容开关管的一端连接；如果所述第一电容开关管导通，则所述第二电容开关管关断，如果所述第二电容开关管导通，则所述第一电容开关管关断，所述第一电容开关管的导通时间和第二电容开关管的导通时间分别为第一预设导通时间和第二预设导通时间；第一电平选择开关管的一端与所述第一二极管的负极连接、另一端与所述极性转换电路中正极输入端连接；第二电平选择开关管的一端与所述第一电容开关管中连接所述第二电容开关管的一端连接、另一端与所述极性转换电路中正极输入端连接；第三电平选择开关的一端与所述极性转换电路中正极输入端连接、另一端分别与所述第二二极管的正极和所述极性转换电路中负极输入端连接；所述极性转换电路的输出端用于与电网并联或与负载电路并联。...

【技术特征摘要】
1.一种五电平逆变器，其特征在于，包括三电平直流变换器以及与所述三电平直流变换器并联的极性转换电路，其中，所述三电平直流变换器包括依次串联的直流源、第一电容开关管和第二电容开关管；所述第一电容开关管中靠近所述直流源的一端与第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一电容开关管中连接所述第二电容开关管的一端连接；所述第二电容开关管中靠近所述直流源的一端与第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第二电容开关管中连接所述第一电容开关管的一端连接；如果所述第一电容开关管导通，则所述第二电容开关管关断，如果所述第二电容开关管导通，则所述第一电容开关管关断，所述第一电容开关管的导通时间和第二电容开关管的导通时间分别为第一预设导通时间和第二预设导通时间；第一电平选择开关管的一端与所述第一二极管的负极连接、另一端与所述极性转换电路中正极输入端连接；第二电平选择开关管的一端与所述第一电容开关管中连接所述第二电容开关管的一端连接、另一端与所述极性转换电路中正极输入端连接；第三电平选择开关的一端与所述极性转换电路中正极输入端连接、另一端分别与所述第二二极管的正极和所述极性转换电路中负极输入端连接；所述极性转换电路的输出端用于与电网并联或与负载电路并联。2.如权利要求1所述的五电平逆变器，其特征在于，所述第一预设导通时间和第二预设导通时间相同。3.如权利要求1所述的五电平逆变器，其特征在于，所述极性转换电路包括第一桥臂开关管、第二桥臂开关管、第三桥臂开关管和第四桥臂开关管，所述极性转换电路中正极输入端分别与所述第一桥臂开关管、第三桥臂开关管的一端连接，所述第一桥臂开关管、第三桥臂开关管的另一端分别与所述第二桥臂开关管、第四桥臂开关管的一端连接，所述第二桥臂开关管、第四桥臂开关管的另一端均与所述极性转换电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志，覃日升，李胜男，张丽，郭成，陈勇，周鑫，赵泽平，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53