开关管单元以及逆变器及具有该逆变器的发电系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种开关管单元及具有该开关管单元的四种逆变器，以及具有所述逆变器的发电系统，所述开关管单元包括8个分别反并联有一个二极管的开关管以及两个二极管DF1、DF2，所述逆变器除了具有所述开关管单元，还包括四个电容C1、C2、C3、C4，四个电容串联后并联在直流电源两端，开关管单元的直流输入正负端分别接在所述直流电源的正负输出端，开关管单元的第一电平端接在电容C1、C2的接点，第二电平端接在电容C2、C3的接点，第三电平端接在电容C3、C4的接点。本发明专利技术的优点在于：减少了钳位二极管、飞跨电容，半导体器件数目较少，因此结构简单，体积较小，具有较大的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关管单元及逆变器，具体是一种开关管单元，及具有该单元的逆变器，及具有该逆变器的发电系统。
技术介绍
中压大容量场合，多电平逆变器获得较大的应用，目前较常见的五电平结构主要是二极管钳位型和飞跨电容型结构，二极管钳位型多电平逆变器如图Ia至图Ic所示，飞跨电容型多电平逆变器如图2所示。如图Ia所示，二极管钳位多电平变换器中，钳位二极管因为需要阻断多倍电平电压，通常采用多个相同标称值的二极管串联，如图Ib所示，由于器件的分散性及杂散参数的影响，可能引起二极管两端的过电压，因而需要均压措施和很大的RC吸收电路，导致系统体积庞大，成本增加。为此，现有文献提出了一种改进拓扑，如图Ic所示。该种拓扑所用的功率器件数量和图Ib拓扑一样，该拓扑电路可以将二极管电压钳位在单电平电压之内，在电平数较多的情况下，有较大的优越性。但二极管钳位型多电平存在共有的缺点钳位的二极管较多。图2所示的为飞跨电容型五电平拓扑，用电容取代了传统二极管嵌位拓扑的二极管得到嵌位的作用，各个分立电容容量相等。由上所知，传统五电平的拓扑因有大量的嵌位二极管或飞跨电容而造成体积庞大，且存在线路过长，散热不均等诸多实际工程应用问题。且搭建拓扑结构过程中，电容或者二极管的一致性较难把握。
技术实现思路
本专利技术实施例要解决的技术问题是提供了一种开关管单元及四种具有该种开关管单元的逆变器，使得逆变器无嵌位二极管和飞跨电容。本专利技术解决上述技术问题的技术方案之一是一种开关管单元，包括第一开关管(Tl)、第二开关管(T2)、第三开关管(T3)、第四开关管(T4)、第五开关管(T5)、第六开关管(T6)、第七开关管(T7)、第八开关管(T8)以及分别反并联于上述8个开关管的第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)，以及第九二极管(DFl)、第十二极管(DF2)；第一开关管(Tl)的第二端作为开关管单元的直流输入正端DC+ ;第二开关管(T2)的第二端与第一开关管(Tl)的第一端连接，第一端与第七开关管(T7)的第二端连接，第二开关管(T2)与第七开关管(T7)的连接点作为该开关管单元的交流输出端(AC);第七开关管(T7)的第一端与第八开关管(T8)的第二端连接；第八开关管(T8)的第一端作为开关管单元的直流输入负端(DC-)；第三开关管(T3)的第一端、第四开关管(T4)的第一端以及第六开关管(T6)的第二端相连，该连接点后分两条支路分别连接到第九二极管(DFl)的阳极及第十二极管(DF2)的阴极，第九二极管(DFl)的阴极连接到第一开关管(Tl)与第二开关管(T2)的连接点，第十二极管(DF2)的阳极连接到第七开关管(T7)与第八开关管(T8)的连接点，第三开关管(T3)的第二端作为开关管单元的第一电平输入端(M1)，第四开关管(T4)的第二端与第五开关管(T5)的第二端相连，第五开关管(T5)的第一端作为开关管单元的第二电平输入端(M2)，第六开关管(T6)的第一端作为开关管单元的第三电平输入端(M3)。本专利技术解决上述技术问题的技术方案之二是提供了一种具有上述开关管单元的五电平逆变器，所述逆变器包括第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)，以及所述开关管单元； 所述四个电容(C1、C2、C3、C4)依次串联后并联在直流电源两端；所述开关管单元的直流输入正端连到直流电源的正输出端，所述开关管单元的直流输入负端连到直流电源的负输出端，开关管单元的第一电平输入端连到所述第一电容(Cl)、第二电容(C2)的接点，开关管单元的第二电平输入端连接到所述第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点，开关管单元的第三电平输入端连接到所述第三电容(C3)、第四电容(C4)的接点，所述开关管单元的交流输出端作为该逆变器的第一输出端，所述第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点作为该逆变器的第二输出端。本专利技术解决上述技术问题的技术方案之三是提供了一种单相全桥五电平逆变器，所述逆变器包括第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)，以及两个所述开关管单元；所述四个电容(C1、C2、C3、C4)依次串联后并联在直流电源两端；两个开关管单元的直流输入正端(DC+)均连接到所述直流电源的正输出端，直流输入负端(DC-)均连接到所述直流电源的负输出端，第一电平端(Ml)均连接到第一电容(Cl)、第二电容(C2)的接点，第二电平端(M2)均连接到第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点，第三电平端(M3)均连接到第三电容(C3)、第四电容(C4)的接点，交流输出端(AC)均连接到电网或者负载。本专利技术解决上述技术问题的技术方案之四是提供了一种三相三桥臂五电平逆变器，所述逆变器包括第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)，以及三个所述开关管单元；所述四个电容(C1、C2、C3、C4)依次串联后并联在直流电源两端；三个所述开关管单元的直流输入正端(DC+)均连接到所述直流电源的正输出端，直流输入负端(DC-)均连接到所述直流电源的负输出端，第一电平端(Ml)均连接到第一电容(Cl)、第二电容(C2)的接点，第二电平端(M2)均连接到第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点，第三电平端(M3)均连接到第三电容(C3)、第四电容(C4)的接点，交流输出端(AC)均连接到电网或者负载。本专利技术解决上述技术问题的技术方案之五是提供了一种三相四线五电平逆变器，所述逆变器包括第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)，以及四个所述开关管单元；所述四个电容(C1、C2、C3、C4)依次串联后并联在直流电源两端；四个所述开关管单元的直流输入正端(DC+)均连接到所述直流电源的正输出端，直流输入负端(DC-)均连接到所述直流电源的负输出端，第一电平端(Ml)均连接到第一电容(Cl)、第二电容(C2)的接点，第二电平端(M2)均连接到第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点，第三电平端(M3)均连接到第三电容(C3)、第四电容(C4)的接点，交流输出端(AC)均连接到电网或者负载。当上述五个实施例中的开关管采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)时，所述开关管的第一端均指的是发射极，第二端均指的是集电极。本专利技术还提供了一种具有上述逆变器的发电系统。 本专利技术的优点在于相比于二极管钳位型五电平和飞跨电容型五电平，减少了钳位二极管、飞跨电容，半导体器件数目较少，因此结构简单，体积较小，并且因此减少了线路连接，保证了一致性，从而保证了拓扑运行的可靠性，具有较大的工程应用价值。附图说明图Ia至图Ic是现有三种二极管钳位型多电平逆变器的拓朴结构图。图2是现有飞跨电容型多电平逆变器的拓朴结构图。图3是本专利技术第一实施例开关管单元结构图。图4是图3的封装结构图。图5是本专利技术第二实施例的逆变器的拓扑结构图。图6a至图6e是图5所示逆变器的5种工作模态图。图7是本专利技术第三实施例的单相全桥五电平逆变器拓扑结构图。图8是本专利技术第四实施例的三相三桥臂逆变器拓扑结构图。图9是本专利技术第五实施例的三相四线逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关管单元，其特征在于包括第一开关管(Tl)、第二开关管(T2)、第三开关管(T3)、第四开关管(T4)、第五开关管(T5)、第六开关管(T6)、第七开关管(17)、第八开关管(T8)以及分别反并联于上述8个开关管的第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)，以及第九二极管(DFl)、第十二极管(DF2)； 第一开关管(Tl)的第二端作为开关管单元的直流输入正端DC+;第二开关管(T2)的第二端与第一开关管(Tl)的第一端连接，第一端与第七开关管(T7)的第二端连接，第二开关管(T2)与第七开关管(T7)的连接点作为该开关管单元的交流输出端(AC);第七开关管(T7)的第一端与第八开关管(T8)的第二端连接；第八开关管(T8)的第一端作为开关管单元的直流输入负端(DC-)； 第三开关管(T3)的第一端、第四开关管(T4)的第一端以及第六开关管(T6)的第二端相连，该连接点后分两条支路分别连接到第九二极管(DFl)的阳极及第十二极管(DF2)的阴极，第九二极管(DFl)的阴极连接到第一开关管(Tl)与第二开关管(T2)的连接点，第十二极管(DF2)的阳极连接到第七开关管(T7)与第八开关管(T8)的连接点，第三开关管(T3)的第二端作为开关管单元的第一电平输入端(M1)，第四开关管(T4)的第二端与第五开关管(T5)的第二端相连，第五开关管(T5)的第一端作为开关管单元的第二电平输入端(M2)，第六开关管(T6)的第一端作为开关管单元的第三电平输入端(M3)。2.如权利要求I所述的开关管单元，其特征在于所述开关管单元工作在如下的5个模态 Hl模态第一、二、三、四开关管(Tl，T2，T3，T4)导通，其他开关管截止； H2模态第二、三、四、七开关管(T2，T3，T4，T7)导通，其他开关管截止； H3模态第二、四、五、七开关管(T2，T4，T5，T7)导通，其他开关管截止； H4模态第二、五、六、七开关管(T2, T5, T6, T7)导通,其他开关管截止； H5模态第五、六、七、八开关管(T5, T6, T7, T8)导通,其他开关管截止。3.一种具有如权利要求I或2所述的开关管单元的逆变器，其特征在于所述逆变器包括第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)，以及所述开关管单元； 所述四个电容(C1、C2、C3、C4)依次串联后并联在直流电源两端； 所述开关管单元的直流输入正端连到直流电源的正输出端，所述开关管单元的直流输入负端连到直流电源的负输出端，开关管单元的第一电平输入端连到所述第一电容(Cl)、第二电容(C2)的接点，开关管单元的第二电平输入端连接到所述第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点，开关管单元的第三电平输入端连接到所述第三电容(C3)、第四电容(C4)的接点，所述开关管单元的交流输出端作为该逆变器的第一输出端，所述第二电容(C2)、第三电容(C3)的接点作为该逆变器的第二输出端。4.根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于所述第一输出端和第二输出端之间接电网或负载，所述逆变器具有5种工作模态H1、H2、H3、H4、H5 ； Hl模态第一、二、三、四开关管(T1、T2、T3、T4)导通，其他开关管截止，当第一输出端流出电流时，经过第一开关管(Tl)-第二开关管(T2)-电网或负载-第二电容(C2)-第一电容(Cl)-第一开关管(Tl)，当第一输出端流进电流时，经过第二二极管(D2)-第一二极管(Dl)-第一电容(Cl)-第二电容(C2)-电网或负载-第二二极管(D2)；H2模态第二、三、四、七开关管(T2，T3，T4，T7)导通，其他开关管截止，当第一输出端流出电流时，经过第三开关管(T3)-第九二极管(DFl)-第二开关管(T2)-电网或负载-第二电容(C2)-第三开关管(T3)，当第一输出端流进电流时，经过第七开关管(T7)-第十二极管(DF2)-第三二极管(D3)-第二电容(C2)-电网或负载-第七开关管(T7)； H3模...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪亮，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：