[发明专利]混合多电平逆变器拓扑电路及逆变器

说明书

本发明公开了一种混合多电平逆变器拓扑电路及逆变器，所述混合多电平逆变器拓扑电路包括直流电源和交流电源、以及连接在所述交流电源两端的悬浮电容，还包括混合多电平拓扑单元，所述混合多电平拓扑单元连接在所述直流电源和所述交流电源两端；所述混合多电平拓扑单元实现三电平工作模式和五电平工作模式的切换。与现有技术相比，本发明能够同时兼容三电平和五电平拓扑，无需开发两款独立的控制器，降低了生产维护成本，且当直流电源电压较高时，能够切换到五电平拓扑模式，避免了器件故障。

技术领域

本发明涉及电力领域，特别是一种混合多电平逆变器拓扑电路及逆变器。

背景技术

多电平逆变电路已经成为电力领域中不可或缺的一种逆变电路，其广泛应用于直流输电、新能源发电、储能以及UPS电源等多个相关场合。除了可以获得较低的谐波畸变率，减少开关器件的开关损耗，多电平逆变电路利用较少的开关数量，产生多个电压等级的高压电压以满足不同电压等级的负载需求。根据多电平逆变电路的拓扑结构，可以将其主要分为二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。其中飞跨电容型因涉及多个电容，电容成本较高且体积大；二级管箝位型拓扑需增加多个二极管，根据不同的组合，可组成三电平、五电平等多种电平拓扑，请参考图1、图2为常见的二极管箝位型三电平拓扑、二极管箝位型五电平拓扑。

三电平拓扑使用较少的开关管和二极管，成本较低；五电平拓扑则需要更多的开关管和二极管，谐波较三电平拓扑更好，但成本会增加。传统的二极管箝位型逆变器拓扑，仅存在单一电平数，如三电平、五电平，不能兼容多种电平，无法兼顾低成本和低谐波，需开发两款独立控制器，增加生产维护成本。

因此，如何设计一种可同时兼容三电平和五电平工作模式的混合多电平逆变器拓扑电路及逆变器是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中只存在单一电平数，不能同时兼容三电平和五电平工作模式的技术问题，本本发明提出了一种混合多电平逆变器拓扑电路及逆变器。

本发明的技术方案为，提出了一种混合多电平逆变器拓扑电路，包括直流电源和交流电源、以及连接在所述交流电源两端的悬浮电容，还包括混合多电平拓扑单元，所述混合多电平拓扑单元连接在所述直流电源和所述交流电源两端；

所述混合多电平拓扑单元实现三电平工作模式和五电平工作模式的切换。

进一步，所述混合多电平拓扑单元包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、以及第一电容、第二电容、第三电容、第三电容；

所述第九开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第九开关管的第二端连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的第二端连接第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接第五开关管的第一端，所述第五开关管的第二端连接第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接第七开关管的第一端，所述第七开关管的第二端连接第八开关管的第一端，所述第八开关管的第二端连接第十二开关管的第二端，第十二开关管的第一端连接所述直流电源的输入端；

所述第十三开关管的第一端连接在所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第一端之间，所述第十三开关管的第二端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接在所述第五开关管的第二端和所述第六开关管的第一端之间；

所述第三二极管的负极连接在所述第二开关管的第二端和所述第三开关管的第一端之间，所述第三二极管的正极连接所述第四二极管的负极，所述第四二极管的正极连接在所述第六开关管的第二端和第七开关管的第一端之间；