交直流变换器、五电平拓扑单元及其调制方法技术

本申请涉及一种交直流变换器、五电平拓扑单元及其调制方法。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，第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容及第三电容。上述交直流变换器、五电平拓扑单元及其调制方法，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，五电平拓扑单元结构简单，通过八个开关器件的导通和关断可以输出五种电平，使用便捷，在高电平时，通过该五电平拓扑单元电流流经的开关器件数量少，从而减少了元器件的导通损耗，提高了五电平拓扑单元的工作效率，降低了使用成本，提高了使用可靠性。

AC/DC Converter, Five-Level Topological Unit and Its Modulation Method

【技术实现步骤摘要】
交直流变换器、五电平拓扑单元及其调制方法
本申请涉及电力电子
，特别是涉及一种交直流变换器、五电平拓扑单元及其调制方法。
技术介绍
并网逆变器在光伏发电中扮演着很重要的角色，并网逆变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，例如交直流变换器。传统的交直流变换器结构复杂，工作时元器件的开关损耗和导通损耗大，使用成本高，工作可靠性低。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的交直流变换器工作可靠性低的问题，提供一种五电平拓扑单元、交直流变换器及调制方法。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、第七开关器件和第八开关器件；第一二极管和第二二极管；第一电容、第二电容及第三电容；其中，所述第一电容和所述第二电容连接，所述第一电容与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二电容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电容的电极连接所述直流电源的直流负端；所述第五开关器件、所述第三电容及所述第七开关器件依次连接，所述第五开关器件未连接所述第三电容的一端连接所述直流正端，所述第七开关器件未连接所述第三电容的一端与所述直流负端连接；所述第五开关器件与所述第三电容的公共连接端作为第二连接端，所述第三电容与所述第七开关器件的公共连接端作为第三连接端；所述第四开关器件与所述第六开关器件连接，所述第四开关器件与所述第六开关器件的公共连接端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述第一连接端，所述第四开关器件未连接所述第六开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第六开关器件未连接所述第四开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第八开关器件与所述第三开关器件连接，所述第八开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述第一连接端，所述第八开关器件未连接所述第三开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第三开关器件未连接所述第八开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第一开关器件与所述第二开关器件连接，所述第一开关器件与所述第二开关器件的公共连接端作为交流端，所述第一开关器件未连接所述第二开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第二开关器件未连接所述第一开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第一电容的额定电压值与所述第二电容的额定电压值相等，所述第三电容的额定电压值等于所述第一电容的额定电压值的一半，设为预设电压值；所述五电平拓扑单元可以工作在五个工作模态，分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态，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预设电压值相等；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预设电压值的两倍；当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时，所述交流端的电压是所述预设电压值的负一倍；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预设电压值的负两倍。在其中一个实施例中，所述第一开关器件、所述第四开关器件和所述第八开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态；或者所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第六开关器件导通，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；所述第二开关器件和所述第五开关器件导通，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；或者所述第一开关器件、所述第三开关器件和所述第六开关器件导通，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；所述第一开关器件和所述第五开关器件导通，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；所述第二开关器件、所述第四开关器件和所述第八开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第四工作模态；或者所述第一开关器件和所述第七开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第四工作模态；所述第二开关器件和所述第七开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第五工作模态。在其中一个实施例中，各所述开关器件均为开关管。在其中一个实施例中，所述第三开关器件与所述第四开关器件均为逆阻型开关管。在其中一个实施例中，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第五开关器件与所述第七开关器件均反并联一个二极管。一种交直流变换器，包括：上述五电平拓扑单元；控制单元，与各所述开关器件分别连接，用于根据接收的控制信号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，以使所述五电平拓扑单元工作在相应的工作模态。一种如上述五电平拓扑单元的调制方法，包括以下步骤：接收控制信号；根据所述控制信号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，以使所述五电平拓扑单元工作在相应的工作模态。在其中一个实施例中，所述控制信号包括第一电压信号、第二电压信号、第三电压信号、第四电压信号和第五电压信号；所述根据所述控制信号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，以使所述变换器工作在相应的工作模态，包括:将所述第一电压信号、第二电压信号、第三电压信号和第四电压信号层叠组成一组载波；将第五电压信号与所述载波进行比较：根据所述载波与所述第五电压信号的比较结果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，以使所述五电平拓扑单元工作在相应的工作模态。在其中一个实施例中，所述根据所述载波与所述第五电压信号的比较结果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，以使所述五电平拓扑单元工作在相应的工作模态，包括：在所述第五电压信号的电压值大于所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第三电压信号和所述第四电压信号的电压值时，控制所述五电平拓扑单元工作在第三工作模态；在所述第五电压信号的电压值大于所述第二电压信号的电压值且小于所述第一电压信号的电压值时，控制所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态；在所述第五电压信号的电压值大于所述第三电压信号的电压值且小于所述第二电压信号的电压值时，控制所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态；在所述第五电压信号的电压值大于所述第四电压信号的电压值且小于所述第三电压信号的电压值时，控制所述五电平拓扑单元工作在第四工作模态；在所述第五电压信号的电压值小于所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第三电压信号和所述第四电压信号的电压值时，控制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，所述第五电压信号的波形为正弦波，所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第三电压信号和所述第四电压信号的波形均为三角波。上述交直流变换器、五电平拓扑单元及其调制方法，将直流电源的直流电转换成为交流电输出或者将交流侧本文档来自技高网...

【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、第七开关器件和第八开关器件；第一二极管和第二二极管；第一电容、第二电容及第三电容；其中，所述第一电容和所述第二电容连接，所述第一电容与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二电容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电容的电极连接所述直流电源的直流负端；所述第五开关器件、所述第三电容及所述第七开关器件依次连接，所述第五开关器件未连接所述第三电容的一端连接所述直流正端，所述第七开关器件未连接所述第三电容的一端与所述直流负端连接；所述第五开关器件与所述第三电容的公共连接端作为第二连接端，所述第三电容与所述第七开关器件的公共连接端作为第三连接端；所述第四开关器件与所述第六开关器件连接，所述第四开关器件与所述第六开关器件的公共连接端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述第一连接端，所述第四开关器件未连接所述第六开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第六开关器件未连接所述第四开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第八开关器件与所述第三开关器件连接，所述第八开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述第一连接端，所述第八开关器件未连接所述第三开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第三开关器件未连接所述第八开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第一开关器件与所述第二开关器件连接，所述第一开关器件与所述第二开关器件的公共连接端作为交流端，所述第一开关器件未连接所述第二开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第二开关器件未连接所述第一开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第一电容的额定电压值与所述第二电容的额定电压值相等，所述第三电容的额定电压值等于所述第一电容的额定电压值的一半，设为预设电压值；所述五电平拓扑单元可以工作在五个工作模态，分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态，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预设电压值相等；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预设电压值的两倍；当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时，所述交流端的电压是所述预设电压值的负一倍；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预设电压值的负两倍。...

【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、第七开关器件和第八开关器件；第一二极管和第二二极管；第一电容、第二电容及第三电容；其中，所述第一电容和所述第二电容连接，所述第一电容与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二电容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电容的电极连接所述直流电源的直流负端；所述第五开关器件、所述第三电容及所述第七开关器件依次连接，所述第五开关器件未连接所述第三电容的一端连接所述直流正端，所述第七开关器件未连接所述第三电容的一端与所述直流负端连接；所述第五开关器件与所述第三电容的公共连接端作为第二连接端，所述第三电容与所述第七开关器件的公共连接端作为第三连接端；所述第四开关器件与所述第六开关器件连接，所述第四开关器件与所述第六开关器件的公共连接端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述第一连接端，所述第四开关器件未连接所述第六开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第六开关器件未连接所述第四开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第八开关器件与所述第三开关器件连接，所述第八开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述第一连接端，所述第八开关器件未连接所述第三开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第三开关器件未连接所述第八开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第一开关器件与所述第二开关器件连接，所述第一开关器件与所述第二开关器件的公共连接端作为交流端，所述第一开关器件未连接所述第二开关器件的一端连接所述第二连接端，所述第二开关器件未连接所述第一开关器件的一端连接所述第三连接端；所述第一电容的额定电压值与所述第二电容的额定电压值相等，所述第三电容的额定电压值等于所述第一电容的额定电压值的一半，设为预设电压值；所述五电平拓扑单元可以工作在五个工作模态，分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态，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预设电压值相等；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预设电压值的两倍；当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时，所述交流端的电压是所述预设电压值的负一倍；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预设电压值的负两倍。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、所述第四开关器件和所述第八开关器件导通，其他开关器件截止，以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态；或者所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第六开关器件导通，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；所述第二开关器件和所述第五开关器件导通，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；或者所述第一开关器件、所述第三开关器件和所述第六开关器件导通，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；所述第一开关器件和...

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