[发明专利]多电平逆变拓扑单元及多电平逆变器

说明书

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种多电平逆变拓扑单元及多电平逆变器。

背景技术

多电平逆变器在中压大容量场合得到广泛应用，现有的多电平逆变器主要有基于1字型多电平逆变拓扑单元和基于T字型的多电平逆变拓扑单元两类，下面将分别介绍上述的两类逆变拓扑单元。

请参见图1a，示出了二极管箝位型的1字型多电平逆变拓扑单元的结构示意图，该多电平逆变拓扑单元能够实现N电平逆变，主要包括：2(N-1)个串联连接的开关管T1、T2...T(2(N-1))，且每个开关管两端反相并联有一个二极管，共2(N-1)个二极管，还包括并联在所述多个串联的开关管支路上的箝位二极管，所述箝位二极管用于为各个开关管进行电压箝位，例如，第一箝位二极管D1用于将第一开关管T1的第二端的电压箝位于第一电容C1第二端的电压上，第二箝位二极管D2用于将开关管T_N的第二端的电压箝位于第一电容C1第二端的电压上，其他箝位二极管的作用以此类推，此处不再赘述。

请参见图1b，示出了飞跨电容型的1字型多电平逆变拓扑单元的结构示意图，该多电平逆变拓扑单元中的电容C可以起到均压的作用，但是，需要的电容的数目较多。

上述的两种1字型多电平逆变拓扑单元，所使用的箝位二极管或者飞跨电容的数量较多，导致系统的体积庞大、成本增加。

请参见图1c，示出了T字型多电平逆变拓扑单元的结构示意图，该多电平拓扑单元能够实现N电平逆变，主要包括：2(N-1)个开关管，其中两个开关管串联后并联于直流电源Vdc的两端，剩余的2(N-2)个开关管两两串联构成一组，共构成N-2组开关管串联支路，此N-2组开关管串联支路均并联连接在交流输出端AC和对应的电容之间。此种多电平拓扑单元无需采用箝位二极管和飞跨电容，故拓扑单元中的器件数量大大减少，但是，连接直流电源的两个开关管需要承受直流电源Vdc的电压，然而单个开关管的电压承受能力较低，因此，此种T字型多电平逆变拓扑单元不适合应用于高压场合，限制了应用范围。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种多电平逆变拓扑单元及多电平逆变器，以解决现有的多电平逆变拓扑单元中的箝位二极管或飞跨电容的数量，同时提高多电平逆变拓扑单元中直流电源的电压等级，扩大应用范围，技术方案如下：

一种多电平逆变拓扑单元，能够实现2n电平逆变，包括：2n个直流输入端、一个交流输出端、2(2n-1)个开关管，n为大于1的正整数，其中，所述2(2n-1)个开关管两端均反向并联有一个二极管；

第一直流输入端和第2n个直流输入端分别连接直流电源的两端，且每两个相邻的直流输入端之间连接有一个电容；

2n个开关管的第一端和第二端依次串联在所述第一直流电平输入端和第2n个直流输入端之间，构成开关管串联支路，且第一开关管的第一端与所述第一直流输入端相连，第2n个开关管的第二端与所述第2n个直流输入端相连，第n个开关管和第n+1个开关管的公共端为该多电平逆变拓扑单元的交流输出端；

第二直流输入端至第n个直流输入端此n-1个直流输入端中，每个直流输入端与所述开关管串联支路中对应开关管的第一端之间均连接有一个开关管，且该开关管的第一端连接所述开关管串联支路中对应开关管的第一端，该开关管的第二端连接对应的所述直流输入端；

第n+1个直流输入端至第2n-1个直流输入端此n-1个直流输入端中，每个直流输入端与所述开关管串联支路中对应开关管的第二端之间均连接有一个开关管，且该开关管的第一端连接对应的所述直流输入端，第二端连接所述开关管串联支路中对应开关管的第二端。

一种多电平逆变拓扑单元，能够实现(2n+1)电平逆变，其中，n为正整数，主要包括：2n+1个直流输入端、一个交流输出端、4n个开关管，且所述4n个开关管均反向并联有一个二极管，其中：

第一直流输入端和第2n+1个直流输入端分别连接直流电源的两端，每两个相邻的直流输入端之间均连接有一个电容，且第n+1个直流输入端为零电位端；

2n个开关管的第一端和第二端依次串联在所述第一直流输入端和第2n+1个直流输入端之间构成开关管串联支路，且第一开关管的第一端与所述第一直流输入端相连，第2n个开关管的第二端与所述第2n个直流输入端相连，第n个开关管和第n+1个开关管的公共端为该多电平逆变拓扑单元的交流输出端；