本公开属于多电平逆变器领域，具体涉及减少损耗的新型多电平逆变器。
背景技术：
在电力电子新兴时代，智能电网和微电网引起了人们对绿色能源的关注。以光伏太阳能、风能、智能电动汽车为主的绿色能源都是单极输出的，需通过逆变器的转换与主网同步。针对传统逆变器拓扑结构进行优化，对于提高配电网供电质量、运行安全性，提高电网经济效益等具有重要的实用价值。
为了与电网同步，逆变器的输出应具有较高的电压水平。但传统的两电平逆变器存在一定的回缩现象，输出电压为准方波，为了与电网连接，逆变器的输出电压必须接近正弦波。这就造成了两电平逆变器的滤波器体积庞大，占用空间更多。此外，逆变器的电压大小必须足够高以与电网同步，所需的电力电子开关额定值升高，增加了成本，也给系统带来了损失。
技术实现要素：
本公对传统逆变器拓扑结构进行改进，提供一种减少损耗的新型多电平逆变器，实现少量电子元件实现多电平输出，改善输出波形，减少开关损耗，具有重要的理论和实用价值。
根据本公开实施例的一方面，提供一种多电平逆变器，包括组串式多电平逆变器，所述组串式多电平逆变器连接电压控制电路，所述电压控制电路包括多个基本单元，每个所述基本单元包括功率电子开关和二极管，所述功率电子开关的集电极用于与一个直流电源的正极连接，所述二极管的阳极用于与所述直流电源负极连接，所述二极管的阴极与所述功率电子开关的发射极连接，所述功率电子开关的栅极用于连接控制其开关的pwm驱动单元。
在上述的多电平逆变器，所述组串式多电平逆变器包括相并联的第一电路和第二电路，所述第一电路包括依次正反串联的p型功率电子开关s1、n型功率电子开关s3、p型功率电子开关s5，所述第二电路包括依次正反串联的n型功率电子开关s2、p型功率电子开关s4、n型功率电子开关s6，所述s1的集电极和所述s2的集电极连接，所述s5的发射极与所述s6的发射极连接，所述s1～s6的栅极用于连接所述pwm驱动单元。
在上述的多电平逆变器，所述基本单元具有四个，分别为控制电源v1的第一基本单元、控制电源v2的第二基本单元、控制电源v3的第三基本单元、控制电源v4的第四基本单元，所述第一基本单元、所述第二基本单元和所述第三基本单元级联，所述第一基本单元功率电子开关s7的发射极连接在所述s1、s3之间，所述第三基本单元二极管的阳极连接在所述s2、s4之间，所述第四基本单元二极管的阳极连接在所述s3、s5之间以及s4、s6之间，
在上述的多电平逆变器，其特征在于，所述电源v1至v4的电压分别为e，2e，4e，8e。
本公开的新型多电平逆变器拓扑结构能够以较少的电子开关实现多电平输出，新的拓扑结构简单灵活，易于扩增，输出波形改善，并能有效减少低阶谐波、降低谐波失真及逆变器开关损耗，具有重要理论和实用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。
图1示出了五电平组串式逆变器的拓扑结构。
图2示出了根据本公开的一个实施例的减少损耗的新型多电平逆变器的拓扑结构。
具体实施方式
组串式多电平逆变器中，有两个或两个以上的串与各自独立直流电源相连构成一个逆变器。这种设计的优点是系统的每个串都是单独可控制的，并且在原逆变器基础上易于扩增。图1示出了五电平组串式逆变器的拓扑结构。如图1，共有两个直流电源与组串式多电平逆变器连接，通过六个功率电子开关来执行操作。根据输出的需要，两个直流源可以具有不同或相同的值。从这个设计中，更多的好处是输出波形的改善、更低的电磁干扰和谐波失真(thd)以及更小的滤波器尺寸。
图2示出了根据本公开的一个实施例的减少损耗的多电平逆变器的拓扑结构，该逆变器是在上述组串式多电平逆变器的基础上改进的。减少损耗的多电平逆变器包括相连接的逆变电路和电压控制电路。逆变电路采用组串式多电平逆变器的拓扑，包括两个或两个以上的串，每个串都有多个依次正反串联的功率电子开关。如图2，在一种可能的实施方式中，功率电子开关s1、s3、s5依次正反串联，功率电子开关s2、s4、s6依次正反串联，即s1的发射极与s3的集电极连接，s3的发射极与s5的集电极连接，s2的发射极与s4的集电极连接，s4的发射极与s5的集电极连接，并将s1、s2的集电极相连接，s5、s6的发射极相连接，实现两个串联电路的并联，负载(load)连接在该并联电路两端。
电压控制电路可将多个直流电源级联起来，并对接入逆变电路的直流电压进行控制，以在负载端产生不同的电源电压。电压控制电路包括多个功率电子开关和多个二极管，每个直流源通过由一个电子开关和二极管组成的基本单元与另一个直流源形成级联模式。对于直流电源v1，功率电子开关s7的集电极用于与直流电源v1正极连接，二极管d1的阳极用于与直流电源v1负极连接，二极管d1的阴极与功率电子开关s7的发射极连接，功率电子开关s7的栅极用于连接控制其开关的pwm驱动单元，直流电源v1的负极与控制直流电源v2的电子开关s8发射极连接，依次类推，将多个直流电源级联起来。
继续参考图2，v1至v4电源电压分别为e，2e，4e，8e，总共十个电子开关，其中s1至s6决定输出电压的极性；s7至s10与直流源连接，控制电源的直流电压。通过控制指令切换开关s7、s8、s9、s10，可以在负载端产生不同的电源电压。总共需要六个控制脉冲来产生三十一个输出电平，如下表所示。
表1新型多电平逆变器控制指令表
1.一种多电平逆变器，包括组串式多电平逆变器，其特征在于，所述组串式多电平逆变器连接电压控制电路，所述电压控制电路包括多个基本单元，每个所述基本单元包括功率电子开关和二极管，所述功率电子开关的集电极用于与一个直流电源的正极连接，所述二极管的阳极用于与所述直流电源负极连接，所述二极管的阴极与所述功率电子开关的发射极连接，所述功率电子开关的栅极用于连接控制其开关的pwm驱动单元。
2.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其特征在于，所述组串式多电平逆变器包括相并联的第一电路和第二电路，所述第一电路包括依次正反串联的p型功率电子开关s1、n型功率电子开关s3、p型功率电子开关s5，所述第二电路包括依次正反串联的n型功率电子开关s2、p型功率电子开关s4、n型功率电子开关s6，所述s1的集电极和所述s2的集电极连接，所述s5的发射极与所述s6的发射极连接，所述s1～s6的栅极用于连接所述pwm驱动单元。
3.根据权利要求2所述的多电平逆变器，其特征在于，所述基本单元具有四个，分别为控制电源v1的第一基本单元、控制电源v2的第二基本单元、控制电源v3的第三基本单元、控制电源v4的第四基本单元，所述第一基本单元、所述第二基本单元和所述第三基本单元级联，所述第一基本单元功率电子开关s7的发射极连接在所述s1、s3之间，所述第三基本单元二极管的阳极连接在所述s2、s4之间，所述第四基本单元二极管的阳极连接在所述s3、s5之间以及s4、s6之间。
4.根据权利要求3所述的多电平逆变器，其特征在于，所述电源v1至v4的电压分别为e，2e，4e，8e。
技术总结