[发明专利]五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路

说明书

一种五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源(C₁，C₂)一起使用，包括：一个半桥逆变器电路；所述半桥逆变器电路包括第一电路模块(M₁)和第二电路模块(M₂)。所述半桥逆变器电路能够输出包括零电平之内的五种电平。该五电平逆变器拓扑电路采用五电平半桥结构，只需要一个交流滤波电感(L₁)，因此降低了系统成本和体积，消除了漏电流，效率高。

本申请要求2015年11月6日提交的美国临时专利申请US62/252,111的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及电力电子领域中的电力变换器拓扑电路，特别是五电平逆变器拓扑电路及三相五电平逆变器拓扑电路。

背景技术

随着全球能源和环境问题加剧，可再生能源发展迅速。光伏发电因其资源丰富，分布广泛，具有很好的发展前景。对于光伏发电系统来说，如何降低成本，提高效率成为光伏发电的重要课题。

众所周知，光伏阵列产生直流电。在光伏发电系统中，逆变器用于将光伏阵列输出的直流电转化成交流电。非隔离型光伏逆变器存在共模回路。该共模回路产生高频漏电流，引起电磁干扰，同时危及设备和人身安全。因此，高频漏电流是非隔离型逆变器系统需要解决的一个重要问题。

根据电路结构，现有公开的逆变器拓扑电路分成两类。

第一类是双交流电感的对称拓扑电路，比如全桥逆变器拓扑电路。由于全桥逆变器拓扑电路所需的输入电压为半桥逆变器拓扑电路的一半，因此很多场合，无需额外的升压电路升压。但是，全桥逆变器由于其寄生参数的存在，很难完全消除高频漏电流。通过适当改进传统H4全桥电路，可以减小高频漏电流，并满足行业标准。但其为对称双电感工作模态，两个电感磁芯不能共用，增大了成本。

第二类是单电感的非对称拓扑电路，比如半桥逆变器拓扑电路或中点钳位逆变器拓扑电路。该类拓扑电路通过将交流电网或交流负载的一端直接钳位至直流母线电压的中点，很好保证了光伏电池板的寄生电容两端电压恒定不变，从而很好地解决了漏电流。由于其电压利用率为第一类的一半，因此需要额外的升压电路，导致效率降低，成本增大。

三相逆变器系统通常采用三电平半桥逆变器拓扑电路。但是，(1)电压利用率低；(2)交流滤波感抗高；(3)需要附加电路来提高输入电压，因此成本高。

发明内容

本发明提供了一种五电平逆变器拓扑电路，以解决现有技术中的上述问题中的至少部分技术问题。

为了叙述方便，本申请中的术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。

本发明提供的五电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源一起使用。所述五电平逆变器拓扑电路至少包括：一个半桥逆变器电路。所述半桥逆变器电路输出五个互不相同的电平，包括零电平。所述半桥逆变器电路至少包括一个悬浮电容。所述悬浮电容由第一直流电源或第二直流电源充电。

可选地，所述两个直流电源由一个电源并联连接两个串联连接的电容实现。其中，每个电容充当一个直流电源。

第一方面，本发明提供了一种单相五电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源一起使用，其特征在于，包括：一个半桥逆变器电路；所述半桥逆变器电路包括第一电路模块和第二电路模块。

所述第一电路模块的第一端连接所述两直流电源的公共端，第二端连接第二电路模块的第三输入端，第三端连接第二电路模块的第四输入端；并连接若干控制端，适于在控制端接入的控制信号的控制下，提供至少三种工作模态：模态一：对于三个端子，仅将第一端与第二端连接；模态二，对于三个端子，仅将第一端与第三端连接；模态三：断开三个端子中任意两个端子之间的连接。