《一種五電平逆變器及其套用電路》是陽光電源股份有限公司於2015年10月22日申請的專利，該專利的公布號為CN105226978A，授權公布日為2016年1月6日，發明人是申潭、王鵬、耿後來、胡兵、別偉、代尚方。
《一種五電平逆變器及其套用電路》提供一種五電平逆變器及其套用電路，通過第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管、第八開關管及鉗位電容的不同導通組合，使所述五電平逆變器具備輸出多電平電壓的能力；同時當輸出電壓為正向時，有兩個導通組合可以選擇，且兩個導通組合的流向所述鉗位電容的電流方向相反，因此可以通過對這兩個導通組合的控制來平衡所述鉗位電容上的電壓；同理，當輸出電壓為負向時，也可以通過對另外兩個導通組合的控制來平衡所述鉗位電容上的電壓；無需增加額外的硬體電路就可以實現全功率、全調製下功率電容電壓的平衡控制。
2020年7月14日，《一種五電平逆變器及其套用電路》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種五電平逆變器及其套用電路》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種五電平逆變器及其套用電路
- 申請人：陽光電源股份有限公司
- 申請日：2015年10月22日
- 申請號：201510690512X
- 公布號：CN105226978A
- 公布日：2016年1月6日
- 發明人：申潭、王鵬、耿後來、胡兵、別偉、代尚方
- 地址：安徽省合肥市高新區習友路1699號
- Int. Cl.：H02M7/483(2007.01)I
- 代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：王寶筠
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2015年10月，多電平輸出成為了中高壓大功率變頻領域的常用技術。其中，多電平逆變器因其輸出電壓階梯多，從而可以使輸出的電壓波形具有較低的電壓變化率；且隨著輸出電平數的增加，其輸出電壓的諧波將減少。另外，多電平逆變技術在減小系統的開關損耗與導通損耗，降低管子的耐壓與系統的電磁干擾方面性能都非常優良。所以2015年前的逆變器多採用多電平逆變器。
2015年10月之前的技術中常用的二極體箝位式三電平以上的多電平逆變器，如圖1所示，是利用多個功率電容串聯後並聯在光伏逆變器的直流側兩端來實現的，逆變器中的各開關管依次通過功率二極體與相應的功率電容相連，由於每個功率電容上輸出的功率不相等，導致功率電容上的電壓會出現不相等現象，即出現所謂的功率電容電壓不平衡現象。
所以2015年10月之前的技術中的多電平逆變器缺少功率電容電壓自平衡功能。
發明內容
專利目的
《一種五電平逆變器及其套用電路》提供一種五電平逆變器及其套用電路，以解決2015年10月之前的技術中的多電平逆變器缺少功率電容電壓自平衡功能的問題。
技術方案
《一種五電平逆變器及其套用電路》提供的技術方案如下：
一種五電平逆變器，連線於直流電源的正端與負端之間，與第一電容和第二電容的串聯支路並聯；所述五電平逆變器包括：六個開關支路、第七開關管、第八開關管和鉗位電容，其中：
第一開關支路包含第一單向器件和第一開關管，所述第一單向器件和第一開關管的公共端連線第一電容的第一端；
第二開關支路包含第二單向器件和第二開關管，所述第二單向器件的第二開關管的公共端連線所述第一開關支路的第一端；
第三開關支路包含第三單向器件和第三開關管，所述第三支路的第一端與所述第二開關支路的第一端、所述第一電容的第二端及所述第二電容的第一端相連；
第四開關支路包含第四單向器件和第四開關管，所述第四開關支路的第一端與所述第三開關支路的第一端相連；
第五開關支路包含第五單向器件和第五開關管，所述第五開關支路的第一端與所述第四開關支路的第一端相連；
第六開關支路包含第六單向器件和第六開關管，所述第六開關支路的第一端連線所述第五單向器件和第五開關管的公共端，所述第六單向器件和第六開關管的公共端連線所述第二電容的第二端；
所述鉗位電容的第一端分別連線所述第一開關支路的第二端、所述第二開關支路的第二端、所述第三開關支路的第二端以及所述第七開關管的第一端，所述鉗位電容的第二端分別連線所述第四開關支路的第二端、所述第五開關支路的第二端、所述第六開關支路的第二端以及所述第八開關管的第二端，所述第八開關管的第一端和所述第七開關管的第二端相連線，且該連線點與所述五電平逆變器的輸出端相連；
所述第七開關管和所述第八開關管為提供雙向功率路徑的開關管。
優選的，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第一端，所述第二開關管的第二端為所述第二開關支路的第二端，所述第二開關管的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；
所述第三開關管的第二端為所述第三開關支路的第一端，所述第三開關管的第一端連線所述第三單向器件的輸出端，所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第二端；
所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第一端，所述第四單向器件的輸出端連線所述第四開關管的第一端，所述第四開關管的第二端為所述第四開關支路的第二端；
所述第五單向器件的輸出端和所述第五開關管的第二端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸入端為所述第五開關支路的第一端，所述第五開關管的第一端為所述第五開關支路的第二端。
優選的，所述第二開關管的第二端為所述第二開關支路的第一端，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第二端，所述第二開關管的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；
所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第一端，所述第三單向器件的輸出端連線所述第三開關管的第一端，所述第三開關管的第二端為所述第三開關支路的第二端；
所述第四開關管的第二端為所述第四開關支路的第一端，所述第四開關管的第一端連線所述第四單向器件的輸出端，所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第二端；
所述第五開關管的第二端和第五單向器件的輸入端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，所述第五開關管的第一端為所述第五開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸出端為所述第五開關支路的第二端。
優選的，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管的第一端的連線點連線所述第一電容的第一端，所述第一單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第一端，所述第一開關管的第二端為所述第一開關支路的第二端；
所述第六單向器件的輸入端和第六開關管的第二端的連線點連線所述第二電容的第二端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第一端，所述第六開關管的第一端為所述第六開關支路的第二端；
所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管和所述第五開關管均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
優選的，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管的第一端的連線點連線所述第一電容的第一端，所述第一單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第一端，所述第一開關管的第二端為所述第一開關支路的第二端；
所述第六單向器件的輸入端和第六開關管的第二端的連線點連線所述第二電容的第二端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第一端，所述第六開關管的第一端為所述第六開關支路的第二端。
優選的，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管的第一端的連線點連線所述第一電容的第一端，所述第一開關管的第二端為所述第一開關支路的第一端，所述第二單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第二端；
所述第六單向器件的輸入端和第六開關管的第二端的連線點連線所述第二電容的第二端，所述第六開關管的第一端為所述第六開關支路的第一端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第二端。
優選的，所述五電平逆變器對應的八個工作模態分別為：
第一模態：所述第一開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第二模態：所述第一開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；
第三模態：所述第四開關管、所述第五開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第四模態：所述第四開關管、所述第五開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；
第五模態：所述第二開關管、所述第三開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第六模態：所述第二開關管、所述第三開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；
第七模態：所述第六開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第八模態：所述第六開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止。
優選的，所述五電平逆變器對應的八個工作模態分別為：
第一模態：所述第一開關管、所述第二開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第二模態：所述第一開關管、所述第二開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；
第三模態：所述第四開關管、所述第五開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第四模態：所述第四開關管、所述第五開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；
第五模態：所述第二開關管、所述第三開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第六模態：所述第二開關管、所述第三開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；
第七模態：所述第五開關管、所述第六開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；
第八模態：所述第五開關管、所述第六開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止。
優選的，還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第九開關管；與所述第六單向器件反向並聯的第十開關管；或者，還包括：與所述第二單向器件反向並聯的第十一開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第十二開關管；或者，還包括：與所述第三單向器件反向並聯的第十三開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第十四開關管。
優選的，還包括：分別與所述第一開關管和所述第六開關管反向並聯的兩個二極體；或者所述第一開關管和所述第六開關管還包括體二極體。
優選的，還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第十五開關管；與所述第二單向器件反向並聯的第十六開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第十七開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第十八開關管。
優選的，還包括：與所述第二單向器件反向並聯的第十九開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第二十開關管；或者，還包括：與所述第三單向器件反向並聯的第二十一開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第二十二開關管。
優選的，還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第二十三開關管；與所述第六單向器件反向並聯的第二十四開關管。
優選的，所述第一單向器件、所述第二單向器件、所述第三單向器件、所述第四單向器件、所述第五單向器件及所述第六單向器件均為二極體或者單向晶閘管。
優選的，所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管和所述第五開關管均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
一種五電平逆變器的套用電路，包括兩個如上述任一所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器和第二五電平逆變器；其中：所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的第一輸入端均連線所述直流電源的正端；所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的第二輸入端均與所述第一電容和所述第二電容的連線點相連；所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的兩個交流輸出端。
一種五電平逆變器的套用電路，包括三個如上述任一所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器；其中：所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的第一輸入端均連線所述直流電源的正端；所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的第二輸入端均與所述第一電容和所述第二電容的連線點相連；所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的三個交流輸出端。
優選的，所述五電平逆變器的套用電路還包括第四輸出端；所述第四輸出端為所述第一電容與所述第二電容的連線點。
改善效果
《一種五電平逆變器及其套用電路》提供的五電平逆變器，通過第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管、第八開關管及鉗位電容的不同導通組合，使所述五電平逆變器具備輸出多電平電壓的能力；同時當輸出電壓為正向時，有兩個導通組合可以選擇，且兩個導通組合的流向所述鉗位電容的電流方向相反，因此可以通過對這兩個導通組合的控制來平衡所述鉗位電容上的電壓；同理，當輸出電壓為負向時，也可以通過對另外兩個導通組合的控制來平衡所述鉗位電容上的電壓；無需增加額外的硬體電路就可以實現全功率、全調製下功率電容電壓的平衡控制。
附圖說明
圖1是2015年10月之前的技術提供的五電平逆變器的結構示意圖；
圖2是《一種五電平逆變器及其套用電路》實施例提供的五電平逆變器的結構示意圖；
圖3是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的第一種五電平逆變器的結構示意圖；
圖4是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的第二種五電平逆變器的結構示意圖；
圖5是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的第三種五電平逆變器的結構示意圖；
圖6是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的另一五電平逆變器的結構示意圖；
圖7是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的另一五電平逆變器的結構示意圖；
圖8-a和8-b是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的五電平逆變器的套用示意圖；
圖9-a和9-b是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的兩相五電平逆變器的套用示意圖；
圖10-a和10-b是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的三相三線制五電平逆變器的套用示意圖；
圖11-a和11-b是《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例提供的三相四線制五電平逆變器的套用示意圖。
技術領域
《一種五電平逆變器及其套用電路》涉及光伏新能源技術領域，特別涉及一種五電平逆變器及其套用電路。
權利要求
1.一種五電平逆變器，其特徵在於，連線於直流電源的正端與負端之間，與第一電容和第二電容的串聯支路並聯；所述五電平逆變器包括：六個開關支路、第七開關管、第八開關管和鉗位電容，其中：第一開關支路包含第一單向器件和第一開關管，所述第一單向器件和第一開關管的公共端連線第一電容的第一端；第二開關支路包含第二單向器件和第二開關管，所述第二單向器件的第二開關管的公共端連線所述第一開關支路的第一端；第三開關支路包含第三單向器件和第三開關管，所述第三支路的第一端與所述第二開關支路的第一端、所述第一電容的第二端及所述第二電容的第一端相連；第四開關支路包含第四單向器件和第四開關管，所述第四開關支路的第一端與所述第三開關支路的第一端相連；第五開關支路包含第五單向器件和第五開關管，所述第五開關支路的第一端與所述第四開關支路的第一端相連；第六開關支路包含第六單向器件和第六開關管，所述第六開關支路的第一端連線所述第五單向器件和第五開關管的公共端，所述第六單向器件和第六開關管的公共端連線所述第二電容的第二端；所述鉗位電容的第一端分別連線所述第一開關支路的第二端、所述第二開關支路的第二端、所述第三開關支路的第二端以及所述第七開關管的第一端，所述鉗位電容的第二端分別連線所述第四開關支路的第二端、所述第五開關支路的第二端、所述第六開關支路的第二端以及所述第八開關管的第二端，所述第八開關管的第一端和所述第七開關管的第二端相連線，且該連線點與所述五電平逆變器的輸出端相連；所述第七開關管和所述第八開關管為提供雙向功率路徑的開關管。
2.根據權利要求1所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第一端，所述第二開關管的第二端為所述第二開關支路的第二端，所述第二開關管的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；所述第三開關管的第二端為所述第三開關支路的第一端，所述第三開關管的第一端連線所述第三單向器件的輸出端，所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第二端；所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第一端，所述第四單向器件的輸出端連線所述第四開關管的第一端，所述第四開關管的第二端為所述第四開關支路的第二端；所述第五單向器件的輸出端和所述第五開關管的第二端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸入端為所述第五開關支路的第一端，所述第五開關管的第一端為所述第五開關支路的第二端。
3.根據權利要求1所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第二開關管的第二端為所述第二開關支路的第一端，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第二端，所述第二開關管的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第一端，所述第三單向器件的輸出端連線所述第三開關管的第一端，所述第三開關管的第二端為所述第三開關支路的第二端；所述第四開關管的第二端為所述第四開關支路的第一端，所述第四開關管的第一端連線所述第四單向器件的輸出端，所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第二端；所述第五開關管的第二端和第五單向器件的輸入端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，所述第五開關管的第一端為所述第五開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸出端為所述第五開關支路的第二端。
4.根據權利要求2所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管的第一端的連線點連線所述第一電容的第一端，所述第一單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第一端，所述第一開關管的第二端為所述第一開關支路的第二端；所述第六單向器件的輸入端和第六開關管的第二端的連線點連線所述第二電容的第二端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第一端，所述第六開關管的第一端為所述第六開關支路的第二端；所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管和所述第五開關管均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
5.根據權利要求3所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管的第一端的連線點連線所述第一電容的第一端，所述第一單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第一端，所述第一開關管的第二端為所述第一開關支路的第二端；所述第六單向器件的輸入端和第六開關管的第二端的連線點連線所述第二電容的第二端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第一端，所述第六開關管的第一端為所述第六開關支路的第二端。
6.根據權利要求2所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管的第一端的連線點連線所述第一電容的第一端，所述第一開關管的第二端為所述第一開關支路的第一端，所述第二單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第二端；所述第六單向器件的輸入端和第六開關管的第二端的連線點連線所述第二電容的第二端，所述第六開關管的第一端為所述第六開關支路的第一端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第二端。
7.根據權利要求4所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述五電平逆變器對應的八個工作模態分別為：第一模態：所述第一開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第二模態：所述第一開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第三模態：所述第四開關管、所述第五開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第四模態：所述第四開關管、所述第五開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第五模態：所述第二開關管、所述第三開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第六模態：所述第二開關管、所述第三開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第七模態：所述第六開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第八模態：所述第六開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止。
8.根據權利要求5所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述五電平逆變器對應的八個工作模態分別為：第一模態：所述第一開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第二模態：所述第一開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第三模態：所述第四開關管、所述第五開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第四模態：所述第四開關管、所述第五開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第五模態：所述第二開關管、所述第三開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第六模態：所述第二開關管、所述第三開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第七模態：所述第六開關管及所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第八模態：所述第六開關管及所述第八開關管導通，其餘開關管均截止。
9.根據權利要求6所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述五電平逆變器對應的八個工作模態分別為：第一模態：所述第一開關管、所述第二開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第二模態：所述第一開關管、所述第二開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第三模態：所述第四開關管、所述第五開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第四模態：所述第四開關管、所述第五開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第五模態：所述第二開關管、所述第三開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第六模態：所述第二開關管、所述第三開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止；第七模態：所述第五開關管、所述第六開關管和所述第七開關管導通，其餘開關管均截止；第八模態：所述第五開關管、所述第六開關管和所述第八開關管導通，其餘開關管均截止。
10.根據權利要求4所述的五電平逆變器，其特徵在於，還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第九開關管；與所述第六單向器件反向並聯的第十開關管；或者，還包括：與所述第二單向器件反向並聯的第十一開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第十二開關管；或者，還包括：與所述第三單向器件反向並聯的第十三開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第十四開關管。
11.根據權利要求4所述的五電平逆變器，其特徵在於，還包括：分別與所述第一開關管和所述第六開關管反向並聯的兩個二極體；或者所述第一開關管和所述第六開關管還包括體二極體。
12.根據權利要求5或6所述的五電平逆變器，其特徵在於，還包括：分別與所述第一開關管和所述第六開關管反向並聯的兩個二極體；或者所述第一開關管和所述第六開關管還包括體二極體。
13.根據權利要求5所述的五電平逆變器，其特徵在於，還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第十五開關管；與所述第二單向器件反向並聯的第十六開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第十七開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第十八開關管。
14.根據權利要求5或6所述五電平逆變器，其特徵在於，還包括：與所述第二單向器件反向並聯的第十九開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第二十開關管；或者，還包括：與所述第三單向器件反向並聯的第二十一開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第二十二開關管。
15.根據權利要求6所述的五電平逆變器，其特徵在於，還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第二十三開關管；與所述第六單向器件反向並聯的第二十四開關管。
16.根據權利要求1至13任一所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第一單向器件、所述第二單向器件、所述第三單向器件、所述第四單向器件、所述第五單向器件及所述第六單向器件均為二極體或者單向晶閘管。
17.根據權利要求1、2、3、5、6、8、9、12或13任一所述的五電平逆變器，其特徵在於，所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管和所述第五開關管均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
18.一種五電平逆變器的套用電路，其特徵在於，包括兩個如權利要求1至17任一所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器和第二五電平逆變器；其中：所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的第一輸入端均連線所述直流電源的正端；所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的第二輸入端均與所述第一電容和所述第二電容的連線點相連；所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；所述第一五電平逆變器和所述第二五電平逆變器的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的兩個交流輸出端。
19.一種五電平逆變器的套用電路，其特徵在於，包括三個如權利要求1至17任一所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器；其中：所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的第一輸入端均連線所述直流電源的正端；所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的第二輸入端均與所述第一電容和所述第二電容的連線點相連；所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；所述第一五電平逆變器、所述第二五電平逆變器和所述第三五電平逆變器的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的三個交流輸出端。
20.根據權利要求19所述的五電平逆變器的套用電路，其特徵在於，所述五電平逆變器的套用電路還包括第四輸出端；所述第四輸出端為所述第一電容與所述第二電容的連線點。
實施方式
《一種五電平逆變器及其套用電路》提供一種五電平逆變器及其套用電路，以解決2015年10月之前的技術中的多電平逆變器缺少功率電容電壓自平衡功能的問題。
具體的，如圖2所示，所述五電平逆變器，連線於直流電源PV的正端與負端之間，與第一電容C1和第二電容C2的串聯支路並聯；所述五電平逆變器包括：
六個開關支路、第七開關管Q7、第八開關管Q8和鉗位電容C3，其中：
第一開關支路包含第一單向器件和第一開關管，所述第一單向器件和所述第一開關管的公共端連線第一電容C1的第一端；
第二開關支路包含第二單向器件和第二開關管，所述第二單向器件的所述第二開關管的公共端連線所述第一開關支路的第一端；
第三開關支路包含第三單向器件和第三開關管，所述第三支路的第一端與所述第二開關支路的第一端、第一電容C1的第二端及第二電容C2的第一端相連；
第四開關支路包含第四單向器件和第四開關管，所述第四開關支路的第一端與所述第三開關支路的第一端相連；
第五開關支路包含第五單向器件和第五開關管，所述第五開關支路的第一端與所述第四開關支路的第一端相連；
第六開關支路包含第六單向器件和第六開關管，所述第六開關支路的第一端連線所述第五單向器件和所述第五開關管的公共端，所述第六單向器件和所述第六開關管的公共端連線第二電容C2的第二端；
鉗位電容C3的第一端分別連線所述第一開關支路的第二端、所述第二開關支路的第二端、所述第三開關支路的第二端以及第七開關管Q7的第一端，鉗位電容C3的第二端分別連線所述第四開關支路的第二端、所述第五開關支路的第二端、所述第六開關支路的第二端以及第八開關管Q8的第二端，第八開關管Q8的第一端和第七開關管Q7的第二端相連線，且該連線點與所述五電平逆變器的輸出端相連；
第七開關管Q7和第八開關管Q8為提供雙向功率路徑的開關管。
該實施例提供的所述五電平逆變器，通過所述第一開關管、所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管、所述第五開關管、所述第六開關管、所述第七開關管、所述第八開關管及鉗位電容C3的不同導通組合，使所述五電平逆變器具備輸出多電平電壓的能力；同時當輸出電壓為正向時，有兩個導通組合可以選擇，且兩個導通組合的流向鉗位電容C3的電流方向相反，因此可以通過對這兩個導通組合的控制來平衡鉗位電容C3上的電壓；同理，當輸出電壓為負向時，也可以通過對另外兩個導通組合的控制來平衡鉗位電容C3上的電壓；而對於第一電容C1和第二電容C2的電壓平衡控制與三電平逆變器的原理相同，不存在2015年10月之前的技術中通過二極體鉗位來實現的五電平逆變器中電容電壓不平衡的問題。所以該實施例提供的所述五電平逆變器，無需增加額外的硬體電路就可以實現全功率、全調製下功率電容電壓的平衡控制。
優選的，如圖3所示，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第一端，第二開關管Q2的第二端為所述第二開關支路的第二端，第二開關管Q2的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；第三開關管Q3的第二端為所述第三開關支路的第一端，第三開關管Q3的第一端連線所述第三單向器件的輸出端，所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第二端；所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第一端，所述第四單向器件的輸出端連線第四開關管Q4的第一端，第四開關管Q4的第二端為所述第四開關支路的第二端；所述第五單向器件的輸出端和第五開關管Q5的第二端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸入端為所述第五開關支路的第一端，第五開關管Q5的第一端為所述第五開關支路的第二端；
第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4和第五開關管Q5均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
在具體的套用環境中，優選的，如圖3所示，第七開關管Q7和第八開關管Q8均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
另外，如圖3所示，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管Q1的第一端的連線點連線第一電容C1的第一端，所述第一單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第一端，第一開關管Q1的第二端為所述第一開關支路的第二端；
所述第六單向器件的輸入端和第六開關管Q6的第二端的連線點連線第二電容C2的第二端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第一端，第六開關管Q6的第一端為所述第六開關支路的第二端。
圖3所示為《一種五電平逆變器及其套用電路》提供的第一種五電平逆變器的具體實現形式，直流電源PV的正端與負端之間的電壓為Udc；第一電容C1與第二電容C2上的電壓均為Udc/2，鉗位電容C3上的電壓為Udc/4，節點R與節點N之間的電壓為所述五電平逆變器的輸出電壓VRN；其對應的八個工作模態分別為：
第一模態：第一開關管Q1及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；此時，其有功電流路徑為直流電源PV的正端→第一開關管Q1→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→第二開關管Q2的反並聯二極體或者體二極體→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/2。
第二模態：第一開關管Q1及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為直流電源PV的正端→第一開關管Q1→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→第二開關管Q2的反並聯二極體或者體二極體→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第三模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；
其有功電流路徑為N點→所述第四單向器件→第四開關管Q4→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第五開關管Q5→所述第五單向器件→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第四模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；
其有功電流路徑為N點→所述第四單向器件→第四開關管Q4→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為0。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關Q8→第五開關管Q5→所述第五單向器件→N點，輸出電壓VRN為0。
第五模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第七開關管Q7的反並聯單向器件或者體二極體→所述第三單向器件→第三開關管Q3→N點，輸出電壓VRN為0。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→所述第二單向器件→第二開關管Q2→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為0。
第六模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；
其有功電流路徑為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→所述第三單向器件→第三開關管Q3→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→所述第二單向器件→第二開關管Q2→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第七模態：第六開關管Q6及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→第五開關管Q5的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第八模態：第六開關管Q6及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止。其有功電流路徑為R點→第八開關管Q8→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→第五開關管Q5的反並聯二極體或者體二極體→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/2。
或者，如圖4所示，第二開關管Q2的第二端為所述第二開關支路的第一端，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第二端，第二開關管Q2的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第一端，所述第三單向器件的輸出端連線第三開關管Q3的第一端，第三開關管Q3的第二端為所述第三開關支路的第二端；第四開關管Q4的第二端為所述第四開關支路的第一端，第四開關管Q4的第一端連線所述第四單向器件的輸出端連線，所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第二端；第五開關管Q5的第二端和第三單向器件的輸入端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，第五開關管Q5的第一端為所述第五開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸出端為所述第五開關支路的第二端。
另外，所述第一單向器件的輸出端和第一開關管Q1的第一端的連線點連線第一電容C1的第一端，所述第一單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第一端，第一開關管Q1的第二端為所述第一開關支路的第二端；所述第六單向器件的輸入端和第六開關管Q6的第二端的連線點連線第二電容C2的第二端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第一端，第六開關管Q6的第一端為所述第六開關支路的第二端。
在具體的套用環境中，優選的，如圖4所示，第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4、第五開關管Q5、第七開關管Q7和第八開關管Q8均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
圖4所示為《一種五電平逆變器及其套用電路》提供的第二種五電平逆變器的具體實現形式。
圖4所示的第二種五電平逆變器，直流電源PV的正端與負端之間的電壓為Udc；第一電容C1與第二電容C2上的電壓均為Udc/2，鉗位電容C3上的電壓為Udc/4，節點R與節點N之間的電壓為所述五電平逆變器的輸出電壓VRN；其對應的八個工作模態分別為：
第一模態：第一開關管Q1及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；此時，其有功電流路徑為直流電源PV的正端→第一開關管Q1→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→所述第二單向器件→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/2。
第二模態：第一開關管Q1及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為直流電源PV的正端→第一開關管Q1→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→所述第二單向器件→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第三模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為N點→第五開關管Q5→所述第五單向器件→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→所述第四單向器件→第四開關管Q4→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第四模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為N點→第五開關管Q5→所述第五單向器件→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為0。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關Q8→所述第四單向器件→第四開關管Q4→N點，輸出電壓VRN為0。
第五模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第七開關管Q7的反並聯單向器件或者體二極體→所述第二單向器件→第二開關管Q2→N點，輸出電壓VRN為0。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→所述第三單向器件→第三開關管Q3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為0。
第六模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→所述第二單向器件→第二開關管Q2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→所述第三單向器件→第三開關管Q3→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第七模態：第六開關管Q6及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→所述第五單向器件→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第八模態：第六開關管Q6及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止。其有功電流路徑為R點→第八開關管Q8→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→所述第五單向器件→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/2。
或者，如圖5所示，所述第二單向器件的輸入端為所述第二開關支路的第一端，第二開關管Q2的第二端為所述第二開關支路的第二端，第二開關管Q2的第一端和第二單向器件的輸出端的連線點連線所述第一開關支路的第一端；第三開關管Q3的第二端為所述第三開關支路的第一端，第三開關管Q3的第一端連線所述第三單向器件的輸出端，所述第三單向器件的輸入端為所述第三開關支路的第二端；所述第四單向器件的輸入端為所述第四開關支路的第一端，所述第四單向器件的輸出端連線第四開關管Q4的第一端，第四開關管Q4的第二端為所述第四開關支路的第二端；所述第五單向器件的輸出端和第五開關管Q5的第二端的連線點連線所述第六開關支路的第一端，所述第五單向器件的輸入端為所述第五開關支路的第一端，第五開關管Q5的第一端為所述第五開關支路的第二端。
所述第一單向器件的輸出端和第一開關管Q1的第一端的連線點連線第一電容C1的第一端，第一開關管Q1的第二端為所述第一開關支路的第一端，所述第二單向器件的輸入端為所述第一開關支路的第二端；所述第六單向器件的輸入端和第六開關管Q6的第二端的連線點連線第二電容C2的第二端，第六開關管Q6的第一端為所述第六開關支路的第一端，所述第六單向器件的輸出端為所述第六開關支路的第二端。
在具體的套用環境中，優選的，如圖5所示，第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4、第五開關管Q5、第七開關管Q7和第八開關管Q8均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
圖5所示為《一種五電平逆變器及其套用電路》提供的第三種五電平逆變器的具體實現形式，直流電源PV的正端與負端之間的電壓為Udc；第一電容C1與第二電容C2上的電壓均為Udc/2，鉗位電容C3上的電壓為Udc/4，節點R與節點N之間的電壓為所述五電平逆變器的輸出電壓VRN；其對應的八個工作模態分別為：
第一模態：第一開關管Q1、第二開關管Q2及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；
此時，其有功電流路徑為直流電源PV的正端→第一開關管Q1→第二開關管Q2→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/2。
第二模態：第一開關管Q1、第二開關管Q2及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為直流電源PV的正端→第一開關管Q1→第二開關管Q2→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第三模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為N點→所述第四單向器件→第四開關管Q4→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第五開關管Q5→所述第五單向器件→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第四模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為N點→所述第四單向器件→第四開關管Q4→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為0。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關Q8→第五開關管Q5→所述第五單向器件→N點，輸出電壓VRN為0。
第五模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第七開關管Q7的反並聯單向器件或者體二極體→第三開關管Q3→所述第三單向器件→N點，輸出電壓VRN為0。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→所述第二單向器件→第二開關管Q2→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為0。
第六模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→第三開關管Q3→所述第三單向器件→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→所述第二單向器件→第二開關管Q2→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第七模態：第五開關管Q5、第六開關管Q6及第七開關管Q7導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第五開關管Q5→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第八模態：第五開關管Q5、第六開關管Q6及第八開關管Q8導通，其餘開關管均截止。
其有功電流路徑為R點→第八開關管Q8→第五開關管Q5→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/2。
由上述實施例可以看出，當輸出電壓為正向時，有兩個狀態第二工作模態和第三工作模態可以選擇，且兩個狀態的流向鉗位電容C3的電流方向相反，因此可以靈活選擇這兩個開關狀態來平衡鉗位電容C3的電壓；同理，當輸出電壓為負向時，可以靈活選擇第六工作模態和第七工作模態兩個開關狀態來平衡鉗位電容C3上的電壓，不需要增加額外的硬體電路就可以實現全功率、全調製下電容電壓的平衡控制。
值得說明的是，2015年10月之前的技術中如圖1所述的五電平逆變器，其電流換流路徑較多，同時每次電流流經的路徑中需要經過多個開關管，其效率較低。
而該實施例提供的所述第一種五電平逆變器、所述第二種五電平逆變器及所述第三種五電平逆變器，由其各自的八個模態可以看出，每個模態下導通的開關管數量很多情況下為兩個，達到提高系統效率的目的。
並且，2015年10月之前的如圖1所示的多電平逆變器中，在非單位功率因數套用時，其開關管體內二極體需要提供電流路徑。因此，在同時需要單位功率因數和非單位功率因數套用的場合，需要同時兼顧開關管和體內二極體的性能，給器件選擇帶來了難度，在很多套用場合下可能還需要外部反並聯二極體來滿足具體套用要求。而且開關管在單位功率因數和非單位功率因數時都要參與工作，導致其損耗過大，開關頻率受限，減少了器件的使用壽命，降低了電路的整體轉換效率。
而該實施例提供的所述五電平逆變器，不僅可以輸出五個電平狀態，降低系統的電流諧波含量，減小系統的交流濾波電感，提高系統的電壓等級，降低系統的共模電壓；且無需增加額外的硬體電路就可以實現全功率、全調製下功率電容電壓的平衡控制；另外，在同時需要單位功率因數及非單位功率因數套用的場合時，開關器件選擇範圍大，開關管損耗進一步降低，延長了器件的使用壽命，提高了電路的整體轉換效率，並大大降低了開關管損耗。
另外，上述各個工作模態下，其中各個開關管的選型及驅動信號來源此處不做具體限定，可以視其具體套用環境而定。
在具體的實際套用中，所述五電平逆變器也不一定限定於圖3、圖4及圖5所示的實現形式。具體的，當所述五電平逆變器中的所述第一開關支路、所述第二開關支路及所述第三開關支路為圖3所示的形式時，其所述第四開關支路、所述第五開關支路及所述第六開關支路並不一定僅限於圖3所示的實現形式，也可以為圖4或者圖5的實現形式；當所述五電平逆變器中的所述第一開關支路、所述第二開關支路及所述第三開關支路為圖4所示的形式時，其所述
第四開關支路、所述第五開關支路及所述第六開關支路並不一定僅限於圖4所示的實現形式，也可以為圖3或者圖5的實現形式；當所述五電平逆變器中的所述第一開關支路、所述第二開關支路及所述第三開關支路為圖5所示的形式時，其所述第四開關支路、所述第五開關支路及所述第六開關支路並不一定僅限於圖5所示的實現形式，也可以為圖3或者圖4的實現形式。上述實現形式均在該申請的保護範圍內，此處不再一一贅述。
優選的，在圖3的基礎之上，如圖6所示，所述五電平逆變器還包括：
與所述第一單向器件反向並聯的第九開關管Q9；與所述第六單向器件反向並聯的第十開關管Q10；此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態中，其第三模態、第四模態、第五模態及第六模態均與圖3所示的所述第一種五電平逆變器對應的工作模態相同，而第一模態、第二模態、第七模態及第八模態均發生相應的變化，具體為：
第一模態：第一開關管Q1、第二開關管Q2、第七開關管Q7及第九開關管Q9導通，其餘開關管均截止；
其有功電流路徑包括兩條，其中一條為：直流電源PV的正端→第一開關管Q1→第七開關管Q7→R點，另外一條為：直流電源PV的正端→第九開關管Q9→第二開關管Q2→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→第二開關管Q2的反並聯二極體或者體二極體→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/2。
第二模態：第一開關管Q1、第二開關管Q2、第八開關管Q8及第九開關管Q9導通，其餘開關管均截止；
其有功電流路徑包括兩條，其中一條為：直流電源PV的正端→第一開關管Q1→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，另外一條為：直流電源PV的正端→第九開關管Q9→第二開關管Q2→鉗位電容C3→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為R點→第八開關管Q8→鉗位電容C3→第二開關管Q2的反並聯二極體或者體二極體→所述第一單向器件→直流電源PV的正端→第一電容C1→N點，輸出電壓VRN為Udc/4。
第七模態：第五開關管Q5、第六開關管Q6、第七開關管Q7及第十開關管Q10導通，其餘開關管均截止；其有功電流路徑包括兩條，其中一條為：R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，另外一條為：R點→第七開關管Q7的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第五開關管Q5→第十開關管Q10→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/4。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→第五開關管Q5的反並聯二極體或者體二極體→鉗位電容C3→第七開關管Q7→R點，輸出電壓VRN為-Udc/4。
第八模態：第五開關管Q5、第六開關管Q6、第八開關管Q8及第十開關管Q10導通，其餘開關管均截止。其有功電流路徑包括兩條，其中一條為：R點→第八開關管Q8→第六開關管Q6→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，另外一條為：R點→第八開關管Q8→第五開關管Q5→第十開關管Q10→直流電源PV的負端→第二電容C2→N點，輸出電壓VRN為-Udc/2。當需要發無功時，無功電流路徑相應為N點→第二電容C2→直流電源PV的負端→所述第六單向器件→第五開關管Q5的反並聯二極體或者體二極體→第八開關管Q8的反並聯二極體或者體二極體→R點，輸出電壓VRN為-Udc/2。
或者，在圖3的基礎之上，如圖7所示，所述五電平逆變器還包括：與所述第三單向器件反向並聯的第十三開關管Q13；與所述第四單向器件反向並聯的第十四開關管Q14。
此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態中，其第一模態、第二模態、第七模態及第八模態均與圖3所示的所述第一種五電平逆變器相同，而其第三模態、第四模態、第五模態及第六模態均發生相應的變化，具體為：
第三模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5、第七開關管Q7及第十四開關管Q14導通，其餘開關管均截止；
此時，其無功電流路徑變化為並聯的兩條，而有功電流路徑及相應的輸出電壓均未發生變化。
第四模態：第四開關管Q4、第五開關管Q5、第八開關管Q8及第十四開關管Q14導通，其餘開關管均截止；
此時，其無功電流路徑變化為並聯的兩條，而有功電流路徑及相應的輸出電壓均未發生變化。
第五模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3、第七開關管Q7及第十三開關管Q13導通，其餘開關管均截止；
此時，其無功電流路徑變化為並聯的兩條，而有功電流路徑及相應的輸出電壓均未發生變化。
第六模態：第二開關管Q2、第三開關管Q3、第八開關管Q8及第十三開關管Q13導通，其餘開關管均截止；此時，其無功電流路徑變化為並聯的兩條，而有功電流路徑及相應的輸出電壓均未發生變化。
或者，所述五電平逆變器還包括：與所述第二單向器件反向並聯的第十一開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第十二開關管；此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態配合不同的開關管控制，也將產生相應的電流路徑的變化，此處不再一一贅述。
優選的，所述第一種五電平逆變器、所述第二種五電平逆變器及所述第三種五電平逆變器均還包括：分別與所述第一開關管和所述第六開關管反向並聯的兩個二極體；或者所述第一種五電平逆變器、所述第二種五電平逆變器及所述第三種五電平逆變器中的所述第一開關管和所述第六開關管還包括體二極體。
上述實施例中的所述第一開關管及所述第六開關管均為單向器件即可，比如不帶體二極體的開關管或者逆阻型開關管；而所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管、所述第五開關管、所述第七開關管及所述第八開關管均可以為帶體二極體或者反向並聯一個二極體的開關管，比如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型功率管)和MOSFET(metallicoxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體)等開關管。
同時，所述第一開關管及所述第六開關管也可以均為雙向器件，比如帶體二極體或者反向並聯一個二極體的IGBT、MOSFET等開關管。
各個開關管具體的選用可以視其套用環境而定，此處不做具體限定，均在該申請的保護範圍內。
優選的，在圖4的基礎之上，所述五電平逆變器還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第十五開關管；與所述第二單向器件反向並聯的第十六開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第十七開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第十八開關管。
此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態配合不同的開關管控制，也將產生相應的電流路徑的變化，此處不再一一贅述。
優選的，在圖4和圖5的基礎之上，所述五電平逆變器還包括：與所述第二單向器件反向並聯的第十九開關管；與所述第五單向器件反向並聯的第二十開關管；此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態配合不同的開關管控制，也將產生相應的電流路徑的變化，此處不再一一贅述。
或者，在圖4和圖5的基礎之上，所述五電平逆變器還包括：與所述第三單向器件反向並聯的第二十一開關管；與所述第四單向器件反向並聯的第二十二開關管。
此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態配合不同的開關管控制，也將產生相應的電流路徑的變化，此處不再一一贅述。
優選的，在圖5的基礎之上，所述五電平逆變器還包括：與所述第一單向器件反向並聯的第二十三開關管；與所述第六單向器件反向並聯的第二十四開關管。
此時，所述五電平逆變器對應的八個工作模態配合不同的開關管控制，也將產生相應的電流路徑的變化，此處不再一一贅述。
優選的，上述實施例中的所述第一單向器件、所述第二單向器件、所述第三單向器件、所述第四單向器件、所述第五單向器件及所述第六單向器件均為二極體或者單向晶閘管。
當均為二極體時，各個二極體的陽極為相應單向器件的輸入端，各個二極體的陰極為相應單向器件的輸出端。
在具體的實際套用中，各個單向器件還可以為單向晶閘管等，可以視其具體套用環境而定，均在該申請的保護範圍內。
優選的，所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管和所述第五開關管均包括體二極體或反向並聯一個二極體。
值得說明的是，在具體的實際套用中，上述實施例中的所述第三開關管與所述第三單向器件組成的第三開關支路，及所述第四單向器件與所述第四開關管組成的第四開關支路內，其開關管與單向器件之間的連線關係並不一定限定於上述情況，兩者之間的位置互換也在該申請的保護範圍內；或者，所述第三開關支路及所述第四開關支路均可用一個逆阻型開關管來代替，可以視其具體套用環境而定，均在該申請的保護範圍內。
在具體的實際套用中，如圖8-a所示，所述五電平逆變器的第二輸入端及輸出端還可以分別通過電感等元件(比如電容)與電網相連。所述五電平逆變器的前端還可以增加一個DC/DC變換器來進行電壓的變化，用於拓寬所述五電平逆變器的輸入電壓範圍。或者，如圖8-b所示，所述五電平逆變器的前端還增加一個DC/DC變換器來進行電壓的變化，且其第二輸入端及輸出端分別通過電感等元件(比如電容)與電網相連。
《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例還提供了一種五電平逆變器的套用電路，如圖9-a所示，為該實施例提供的兩相五電平逆變器拓撲圖，包括兩個如上述實施例所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器101和第二五電平逆變器102；其中：第一五電平逆變器101和第二五電平逆變器102的第一輸入端均連線所述直流電源PV的正端；第一五電平逆變器101和第二五電平逆變器102的第二輸入端均與第一電容C1和第二電容C2的連線點相連；第一五電平逆變器101和第二五電平逆變器102的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；第一五電平逆變器101和第二五電平逆變器102的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的兩個交流輸出端。
具體的，第一五電平逆變器101由第一正弦波進行調製，第二五電平逆變器102由第二正弦波進行調製；第一正弦波和第二正弦波的相位相差180度或0度。
《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例還提供了一種五電平逆變器的套用電路，如圖10-a所示，為該實施例提供的三相三線制五電平逆變器拓撲圖，包括三個如圖上述實施例所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203；其中：第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的第一輸入端均連線所述直流電源PV的正端；第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的第二輸入端均與第一電容C1和第二電容C2的連線點相連；第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的三個交流輸出端。
具體的，第一五電平逆變器201由第一正弦波進行調製，第二五電平逆變器202由第二正弦波進行調製，第三五電平逆變器203由第三正弦波進行調製；第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次互差120度。
《一種五電平逆變器及其套用電路》另一實施例還提供了一種五電平逆變器的套用電路，如圖11-a所示，為該實施例提供的三相四線制五電平逆變器拓撲圖，包括三個如上述實施例所述的五電平逆變器，分別為第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203；其中：第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的第一輸入端均連線所述直流電源PV的正端；第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的第二輸入端均與第一電容C1和第二電容C2的連線點相連；第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的第三輸入端均連線所述直流電源的負端；第一五電平逆變器201、第二五電平逆變器202和第三五電平逆變器203的輸出端分別作為所述五電平逆變器的套用電路的三個交流輸出端；第一電容C1與第二電容C2的連線點作為所述五電平逆變器的套用電路的第四輸出端、分別通過電網與電感等元件(例如還包括電容)與所述三個交流輸出端相連。
具體的，第一五電平逆變器201由第一正弦波進行調製，第二五電平逆變器202由第二正弦波進行調製，第三五電平逆變器203由第三正弦波進行調製；第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次互差120度。
在具體的實際套用中，所述五電平逆變器的套用電路的前端還可以增加一個DC/DC變換器來進行電壓的變化，用於拓寬所述五電平逆變器的套用電路的輸入電壓範圍。所述五電平逆變器的套用電路的各個交流輸出端還可以分別通過電感等元件(例如還包括電容)與電網相連。或者如圖9-b、10-b和11-b所示，各個所述五電平逆變器的套用電路，其前端增加一個DC/DC變換器來進行電壓的變化，且其各個交流輸出端還分別通過電感等元件與電網相連。
上述實施例中所述的各五電平逆變器的套用電路，均可套用於光伏發電系統，相應的，所述直流電源為光伏電池組件。或者所述各五電平逆變器的套用電路也可以套用於其他發電系統，此處不做具體限定。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種五電平逆變器及其套用電路》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
