CN104253554A - 一种逆变器和逆变器拓扑 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种逆变器和逆变器拓扑，以解决三电平逆变器的中性点的电位的漂移和波动问题。该逆变器包括正直流母线、负直流母线和三电平逆变电路，该逆变器还包括检测电路和平衡电路；检测电路，用于检测第一直流母线的电压和中性点的电压之差，并通过自身的各端口向平衡电路输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，平衡电路，用于在通过自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第四端口接收到第三驱动信号和在通过自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将第一直流母线和中性点接通，以及在通过自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将另外一条直流母线和中性点接通。

Description

一种逆变器和逆变器拓扑

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种逆变器和逆变器拓扑。

背景技术

三电平逆变器具有耐压等级高、电压应力低、电压和电流畸变率低的特点，传统的三电平逆变器根据结构不同可以分为二极管箝位式、电容箝位式和级联式，其中二极管箝位式结构简单，应用广泛。

然而，三电平逆变器中由于正负直流母线之间串联着两个电容，这两个电容相连的点为中性点，在理想情况下，中性点的电压为正负直流母线上电压之和的平均值，但是，当这两个电容的容值不同时，中性点的电压会发生漂移。另外，控制系统的扰动或者环流的扰动也会导致中性点的电压发生漂移或者波动。

目前为止，针对采用二极管箝位式的三电平逆变器的中性点的电位的漂移和波动问题，提出了多种算法，但大多以调节正负冗余小矢量为手段，并且这些算法解决该问题的效果与系统的功率因数、调制度和调制策略密切相关，因此，为了解决其中性点的电位的漂移和波动的问题，可能需要牺牲系统其它方面的性能，例如，系统输出的总谐波失真（THD，Total Harmonic Distortion）、系统中的开关器件的开关损耗等，从而导致了以调节正负冗余小矢量为手段解决中性点的电位的漂移和波动的问题的方法的应用范围受到了限制。

综上，现有的三电平逆变器的中性点的电位会发生漂移和波动，而采用先有的方法也不能很好解决这种问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种逆变器和逆变器拓扑，以解决三电平逆变器的中性点的电位的漂移和波动问题。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种逆变器，包括正直流母线、负直流母线和三电平逆变电路，所述逆变器还包括检测电路和平衡电路；

所述检测电路的第一端口连接第一直流母线，所述检测电路的第二端口连接中性点；所述平衡电路的第一端口连接正直流母线，所述平衡电路的第二端口连接负直流母线，所述平衡电路的第三端口连接中性点；所述检测电路的第三端口与所述平衡电路的第四端口相连，所述检测电路的第四端口与所述平衡电路的第五端口相连；所述第一直流母线为正直流母线和负直流母线中的一条直流母线；所述中性点为所述三电平逆变电路中的第一电容与所述三电平逆变电路中的第二电容相连的连接点，所述第一电容与所述第二电容串联在正直流母线和负直流母线之间；

所述检测电路，用于检测第一直流母线的电压和中性点的电压之差，并在所述电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号，并在所述电压之差的绝对值小于所述总的电压之差的一半时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号；以及在所述电压之差的绝对值等于所述总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号；所述总的电压之差为正直流母线的电压与负直流母线的电压的差；

所述平衡电路，用于在通过自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第四端口接收到第三驱动信号时，不再将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通；以及在通过自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种逆变器和逆变器拓扑，检测电路在检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号，平衡电路在自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将第一直流母线和中性点接通，从而通过第一电容和第二电容的充放电来调整中性点的电压，直至检测电路检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值等于总的电压值差的一半时，检测电路通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号，平衡电路在自身的第四端口接收到第三驱动信号时，不再将第一直流母线和中性点接通，并在自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通，从而使第一电容和第二电容均不再充放电，使得第一直流母线的电压与中性点的电压之差的绝对值回到总的电压之差的一半；检测电路在检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值小于总的电压之差的一半时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号，平衡电路在自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通，从而通过第一电容和第二电容的充放电来调整中性点的电压，直至检测电路检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值等于总的电压之差的一半时，检测电路通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号，平衡电路在自身的第四端口接收到第三驱动信号时，不再将第一直流母线和中性点接通，并在自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通，从而使第一电容和第二电容均不再充放电，使得第一直流母线的电压与中性点的电压之差的绝对值回到总的电压之差的一半。因此，在该逆变器中的中性点的电压发生漂移或者波动时，该逆变器能够通过检测电路和平衡电路控制中性点的电压回到理想值，即第一电容两端的电压之差的绝对值和第二电容两端的电压之差的绝对值均为总的电压之差的一半，从而在不影响包含该逆变器的系统的其它方面的性能的前提下，解决了中性点的电压发生漂移和波动的问题。

附图说明

图1a为现有技术中的T型拓扑的三电平逆变电路的结构示意图；

图1b为现有的NPC型的三电平逆变电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的逆变器的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的逆变器的结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的逆变器的结构示意图之三；

图5为本发明实施例提供的逆变器的结构示意图之四；

图6为本发明实施例提供的包括软启动电路的逆变器的结构示意图之一；

图7为本发明实施例提供的包括软启动电路的逆变器的结构示意图之二；

图8a为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之一；

图8b为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之二；

图9为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之三；

图10a为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之四；

图10b为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之五；

图10c为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之六；

图11a为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之七；

图11b为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之八；

图11c为本发明实施例提供的包括滤波器的逆变器的结构示意图之九；

图12a为本发明实施例提供的逆变器拓扑的结构示意图之一；

图12b为本发明实施例提供的逆变器拓扑的结构示意图之二；

图12c为本发明实施例提供的逆变器拓扑的结构示意图之三。

具体实施方式

本发明实施例提供一种逆变器和逆变器拓扑，通过该逆变器中的检测电路和平衡电路使中性点的电压在发生漂移和波动时能够及时回到理想值，从而在不影响包含该逆变器的系统的其它方面的性能的前提下，解决了中性点的电压发生漂移和波动的问题。

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种逆变器和逆变器拓扑的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的逆变器中的三电平逆变电路是采用二极管箝位原理实现三电平输出的三电平逆变电路，该三电平逆变电路可以为图1a所示的T型拓扑逆变电路，也可以为图1b所示的三电平中点箝位型（Three-LevelNeutral-Point-Clamped，简称NPC）逆变电路，还可以采用其它三电平拓扑逆变电路。

三电平逆变电路中的开关器件包括一个全控型功率开关器件和一个该全控型功率开关器件反并联的二极管，也可以一个半控型的功率开关器件。其中，全控型的功率开关器件可以是绝缘栅双极性晶体管（IGBT，Insulated GateBipolar Transistor）、金属-氧化物-半导体场效应管（Metal Oxide SemiconductorField-Effect Transistor）等，半控型功率开关器件可以是晶闸管等。三电平逆变电路中的每个开关器件中的全控型开关器件或者半控型开关器件的控制端连接调制电路，从而在调制电路的控制下开启或者关断。

图1a中的开关器件101、开关器件102、开关器件103和开关器件104分别包括一个全控型功率开关器件和一个该全控型功率开关器件反并联的二极管，电容105和电容106串联在正直流母线DC+和负直流母线DC-之间，电容105和电容106的连接点为中性点N。开关器件101、开关器件102、开关器件103和开关器件104中的全控型功率开关器件的控制端连接调制电路。该电路基本工作原理如下：在调制电路接收到的信号波的正半周期，开关器件101中的全控型功率开关器件在调制电路输出的信号的控制下高频开通关断，在开通时，电流从正直流母线DC+流过开关器件101中的全控型功率开关器件，到达输出端OUTPUT，如果输出端OUTPUT和中性点N之间连接了滤波器和负载，那么电流会流过滤波器和负载，到达中性点N，输出端OUTPUT与中性点N的电压之差为正、负直流母线上的电压之差的一半；在关断时，开关器件102中的全控型功率开关器件中调制电路输出的信号的控制下开通，电流从中性点N流过开关器件103中的反并联二极管，以及开关器件102中的全控型功率开关器件，到达输出端OUTPUT，然后，再通过负载和滤波器到达中性点N，从而实现续流，并且由于开关器件103中的反并联二极管，以及开关器件102中的全控型功率开关器件均开通，因此，输出端OUTPUT与中性点N的电压之差为0。在调制电路接收到的信号波的负半周期，开关器件104中的全控型功率开关器件在调制电路输出的信号的控制下高频开通关断，如果输出端OUTPUT和中性点N之间连接了滤波器和负载，在开通时，电流从中性点N流过负载和滤波器，再通过开关器件104中的全控型功率开关器件到达负直流母线DC-，此时，中性点N与输出端OUTPUT之间的电压差为正、负直流母线上的电压之差的一半；在关断时，开关器件103中的全控型功率开关器件中调制电路输出的信号的控制下开通，电流从中性点N流过负载、滤波器、开关器件102中的反并联二极管，以及开关器件103中的全控型功率开关器件，回到中性点N，从而实现续流，并且由于开关器件102中的反并联二极管，以及开关器件103中的全控型功率开关器件均开通，因此，输出端OUTPUT与中性点N的电压之差为0。

图1b中的开关器件201、开关器件202、开关器件203和开关器件204分别包括一个全控型功率开关器件和一个该全控型功率开关器件反并联的二极管，电容207和电容208串联在正直流母线DC+和负直流母线DC-之间，电容207和电容208的连接点为中性点N。开关器件201、开关器件202、开关器件203和开关器件204中的全控型功率开关器件的控制端连接调制电路。该电路的基本工作原理如下：在调制电路接收到的信号波的正半周期，开关器件202中的全控型功率开关器件在调制电路输出的信号的控制下开通，开关器件201中的全控型功率开关器件在调制电路输出的信号的控制下高频开通关断，在开关器件201中的全控型功率开关器件开通时，电流从正直流母线DC+流过开关器件201中的全控型功率开关器件，开关器件202中的全控型功率开关器件，到达输出端OUTPUT，如果输出端OUTPUT和中性点N之间连接了滤波器和负载，那么电流会流过滤波器和负载，到达中性点N，输出端OUTPUT与中性点N的电压之差为正、负直流母线上的电压之差的一半；在开关器件201中的全控型功率开关器件关断时，电流从中性点N流过二极管205和开关器件202中的全控型功率开关器件到达输出端OUTPUT，然后，再通过负载和滤波器到达中性点N，从而实现续流，并且由于二极管205正向导通，且开关器件202中的全控型功率开关器件开通，因此，输出端OUTPUT与中性点N的电压之差为0。在调制电路接收到的信号波的负半周期，开关器件203中的全控型功率开关器件在调制电路输出的信号的控制下开通，开关器件204中的全控型功率开关器件在调制电路输出的信号的控制下高频开通关断，如果输出端OUTPUT和中性点N之间连接了滤波器和负载，在开关器件204中的全控型功率开关器件开通时，电流从中性点N流过负载和滤波器，再通过开关器件203中的全控型功率开关器件以及开关器件204中的全控型功率开关器件到达负直流母线DC-，此时，中性点N与输出端OUTPUT之间的电压差为正、负直流母线上的电压之差的一半；在开关器件204中的全控型功率开关器件关断时，电流从中性点N流过负载、滤波器、开关器件203中的全控型功率开关器件，以及二极管206，回到中性点N，从而实现续流，并且由于二极管206正向导通，以及开关器件203中的全控型功率开关器件均开通，因此，输出端OUTPUT与中性点N的电压之差为0。

本发明实施例提供的一种逆变器，包括正直流母线、负直流母线和三电平逆变电路，该逆变器还包括检测电路和平衡电路；检测电路的第一端口连接第一直流母线，检测电路的第二端口连接中性点；平衡电路的第一端口连接正直流母线，平衡电路的第二端口连接负直流母线，平衡电路的第三端口连接中性点；检测电路的第三端口与平衡电路的第四端口相连，检测电路的第四端口与平衡电路的第五端口相连；第一直流母线为正直流母线和负直流母线中的一条直流母线；中性点为三电平逆变电路中的第一电容与三电平逆变电路中的第二电容相连的连接点，第一电容与第二电容串联在正直流母线和负直流母线之间；检测电路，用于检测第一直流母线的电压和中性点的电压之差，并在检测到的电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号，并在检测到的电压之差的绝对值小于总的电压之差的一半时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号；以及在检测到的电压之差的绝对值等于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号；总的电压之差为正直流母线的电压与负直流母线的电压的差；平衡电路，用于在通过自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第四端口接收到第三驱动信号时，不再将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通；以及在通过自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通。

下面以检测电路的第一端口连接正直流母线为例进行说明，当然，在实际应用中，检测电路的第一端口也可以连接负直流母线。

图2所示的逆变器包括正直流母线DC+、负直流母线DC-和三电平逆变电路11，该逆变器还包括检测电路12和平衡电路13；检测电路12的第一端口连接正直流母线DC+，检测电路12的第二端口连接中性点N；平衡电路13的第一端口连接正直流母线DC+，平衡电路13的第二端口连接负直流母线DC-，平衡电路13的第三端口连接中性点N；检测电路12的第三端口与平衡电路13的第四端口相连，检测电路12的第四端口与平衡电路13的第五端口相连；中性点N为三电平逆变电路11中的第一电容C1与三电平逆变电路11中的第二电容C2相连的连接点，第一电容C1与第二电容C2串联在正直流母线DC+和负直流母线DC-之间。

检测电路12，用于检测正直流母线DC+的电压和中性点N的电压之差，即检测第一电容C1两端的电压之差，并在检测到的电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号，并在检测到的电压之差的绝对值小于总的电压之差的一半时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号；以及在检测到的电压之差的绝对值等于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号；总的电压之差为正直流母线DC+的电压与负直流母线DC-的电压的差。

平衡电路13，用于在通过自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将正直流母线DC+和中性点N接通，即将第一电容C1的两端接通，从而使第一电容C1放电，并使第二电容C2充电；并在通过自身的第四端口接收到第三驱动信号时，不再将正直流母线DC+和中性点N接通，从而使第一电容C1停止放电，并使第二电容C2停止充电；并在通过自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将负直流母线DC-和中性点N接通，即将第二电容C2的两端接通，从而使第一电容C1充电，并使第二电容C2放电；以及在通过自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将负直流母线DC-和中性点N接通，从而使第一电容C1不再充电，并使第二电容C2不再放电。

因此，图2所示的逆变器中的检测电路12在检测到的第一电容C1两端的电压之差绝对值大于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号，平衡电路13在自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将三电平逆变电路中的第一电容C1的两端接通，从而使得第一电容C1放电，并使第二电容C2充电，以降低第一电容C1两端的电压，直至检测电路12检测到第一电容C1两端的电压之差的绝对值等于总的电压值差的一半时，检测电路12通过自身的第三端口输出第三驱动信号，平衡电路13在自身的第四端口接收到第三驱动信号时，将三电平逆变电路11中的第一电容C1的两端断开，从而使得第一电容C1不再放电，并使第二电容C2不再充电，同时，由于检测电路12的第四端口输出第四驱动信号，平衡电路13在通过自身的第五端口接收到第四驱动信号时，会将第二电容C2的两端断开，使得第二电容C2不再放电，并使，第一电容C1不再充电，因此第一电容C1两端的电压之差的绝对值为总的电压之差的一半。而检测电路12在检测到第一电容C1两端的电压之差的绝对值小于总的电压之差的一半时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号，平衡电路13在自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将三电平逆变电路11中的第二电容C2的两端接通，从而使得第一电容C1充电，并使第二电容C2放电，以提高第一电容C1两端的电压，直至检测电路12检测到第一电容C1两端的电压之差的绝对值等于总的电压值差的一半时，检测电路12通过自身的第四端口输出第四驱动信号，平衡电路13在自身的第五端口接收到第四驱动信号时，将三电平逆变电路11中的第二电容C2的两端断开，从而使得第一电容C1不再充电，并使得第二电容C2不再放电，同时，由于检测电路12的第三端口输出第三驱动信号，平衡电路13在通过自身的第四端口接收到第三驱动信号时，会将第一电容C1的两端断开，使得第一电容C1不再放电，并使第二电容C2不再充电，因此第一电容C1两端的电压之差的绝对值为总的电压之差的一半。因此，图2所示的逆变器能够在中性点N的电压发生漂移或者波动时，通过检测电路和平衡电路控制中性点的电压回到理想值，即第一电容两端的电压之差的绝对值和第二电容两端的电压之差的绝对值均为总的电压之差的一半，其中，总的电压之差为正直流母线的电压与负直流母线的电压的差。

当该逆变电路中的检测电路的第一端口连接负直流母线时，逆变器在中性点的电压发生漂移或者波动时，通过检测电路和平衡电路控制中性点的电压回到理想值的工作方法，与检测电路的第一端口和检测电路的第二端口分别连接在第一电容的两端时的工作方法类似。

较佳地，本发明实施例提供的逆变器中的检测电路还包括第五端口，检测电路的第五端口连接正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线；检测电路还用于检测正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压；总的电压之差为所述检测电路通过自身的第一端口检测到的电压，与通过自身的第五端口检测到的电压的差的绝对值。

当检测电路的第一端口连接正直流母线时，检测电路的第五端口连接负直流母线；当检测电路的第一端口连接负直流母线时，检测电路的第五端口连接正直流母线。下面以检测电路的第一端口连接正直流母线，检测电路的第五端口连接负直流母线为例进行说明。

如图3所示，检测电路12的第五端口连接负直流母线DC-；检测电路12还用于检测负直流母线DC-的电压；总的电压之差为检测电路12通过自身的第一端口检测到的电压，即正直流母线的电压，与通过自身的第五端口检测到的电压，即负直流母线的电压的差的绝对值。

当检测电路的第一端口和检测电路的第五端口分别连接正、负直流母线时，检测电路可以在检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，或者在检测到两条直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值小于总的电压之差的一半时，或者在检测到的第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值大于检测到的两条直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号；并在检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值小于所述总的电压之差的一半时，或者在检测到两条直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，或者在检测到的第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值小于检测到的两条直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号；以及在检测到第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值等于所述总的电压之差的一半时，或者在检测到两条直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值等于总的电压之差的一半时，或者在检测到的第一直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值等于检测到的两条直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压和中性点的电压之差的绝对值时，通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号；所述总的电压之差为正直流母线的电压与负直流母线的电压的差。

因此，当逆变器中的检测电路可以分别检测三电平逆变电路中串联在正、负直流母线之间的两个电容中的每个电容上的电压差，在检测到一个电容上的电压差的绝对值小于总的电压差的一半时，控制平衡电路将另外一个电容的两端接通，直至中性点的电压回复至理想值。

进一步地，如图4所示，本发明实施例提供的逆变器中的平衡电路包括第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2和第一电感L1；第一功率开关器件S1的第一端为平衡电路的第一端口，第一功率开关器件S1的第二端连接第二功率开关器件S2的第一端，第二功率开关器件S2的第二端为平衡电路的第二端口，第一电感L1的一端连接第一功率开关器件S1的第二端，第一电感L1的另一端连接中性点N，第一功率开关器件S1的控制端为平衡电路的第四端口，第二功率开关器件S2的控制端为平衡电路的第五端口；第一功率开关器件S1，用于在自身的控制端接收到第一驱动信号时开通，并在自身的控制端接收到第三驱动信号时关断；第二功率开关器件S2，用于在自身的控制端接收到第二驱动信号时开通，并在自身的控制端接收到第四驱动信号时关断。

较佳地，如图5所示，本发明实施例提供的逆变器中的平衡电路还包括第一二极管D1和第二二极管D2；第一二极管D1反并联于第一功率开关器件S1的第一端和第一功率开关器件S1的第二端之间；第二二极管D2反并联于第二功率开关器件S2的第一端和第二功率开关器件S2的第二端之间。

这样，在第一功率开关器件S1关断时，电路中产生的反向电压会使第一二极管D1导通，从而避免第一功率开关器件S1的第一端和第一功率开关器件S1的第二端承受的较大的反向电压，起到对第一功率开关器件S1的保护作用。类似地，第二二极管D2也是用于保护第二功率开关器件S2的。

较佳地，本发明实施例提供的逆变器还包括软启动电路和驱动电路，其中，软启动电路可以连接在正直流母线上，也可以连接在负直流母线上。下面以软启动电路和驱动电路连接在正直流母线上为例进行说明。图6所示的逆变器还包括软启动电路14和驱动电路15，软启动电路14包括限流电阻R、继电器KM和可控开关141。

限流电阻R与继电器KM中的常开触点串联后，并联在可控开关141的第一端和可控开关141的第二端之间，所述可控开关141的第一端连接所述逆变器中的正直流母线，可控开关141的第二端在该逆变器上电时连接为该逆变器供电的电源，继电器KM中的线圈的两端均连接驱动电路15，可控开关141的第三端连接驱动电路15；所述驱动电路，用于在该逆变器上电后，在检测到输入电压之差与接收电压之差的差大于预设值时，即检测到可控开关141的第一端的电压与可控开关141的第二端的电压之差大于预设值时，控制可控开关141断开，并通过继电器KM的线圈控制继电器KM的常开触点闭合；并在检测到输入电压之差与接收电压之差的差不大于预设值时，控制可控开关141闭合，并通过继电器KM的线圈控制继电器KM的常开触点断开；输入电压之差是为该逆变器供电的电源中的两条直流母线上的电压差，接收电压之差是该逆变器中的正直流母线上的电压和该逆变器的负直流母线上的电压之差。

通过软启动电路，控制该逆变器中的直流母线上的电流在上电后能够缓慢增大，避免对逆变器中串联在两条直流母线之间的电容造成损伤。

当软启动电路和驱动电路连接在负直流母线上时，其工作原理与连接在正直流母线上时相同，在此不再赘述。

进一步地，如图7所示，本发明实施例提供的逆变器中的软启动电路14还包括第三功率开关器件S3和第三二极管D3，第三功率开关器件S3的控制端连接驱动电路15，第三功率开关器件S3、限流电阻R与继电器KM中的常开触点串联后，并联在可控开关141的第一端和可控开关141的第二端之间；即限流电阻R的一端连接可控开关141的第二端，限流电阻R的另一端连接继电器KM中的常开触点的一端，继电器KM中的常开触点的另一端连接第三功率开关器件S3的第一端，第三功率开关器件S3的第二端连接可控开关141的第一端，第三二极管D3反并联于第三功率开关器件S3的第一端和第三功率开关器件S3的第二端之间。

驱动电路15，还用于在该逆变器上电后，在检测到输入电压之差与接收电压之差的差大于预设值时，即在检测到可控开关141的第一端的电压与可控开关141的第二端的电压之差大于预设值时，向第三功率开关器件S3输出第一预设驱动信号；并在检测到输入电压之差与接收电压之差的差不大于预设值时，向第三功率开关器件S3输出第二预设驱动信号；第三功率开关器件S3，用于在第一预设驱动信号的控制下接通，并在接收到第二预设驱动信号时关断。

在实际应用中，可以通过调整第一预设驱动信号的占空比，来调整流过第三功率开关器件S3的电流的有效值，从而通过调整第一预设驱动信号的占空比，控制该逆变器中的直流母线上的电流在上电后能够缓慢增大，避免对逆变器中串联在两条直流母线之间的电容造成损伤。

图2、图3、图4、图5、图6和图7中的其它电路是指能够以二极管箝位原理实现三电平输出的逆变电路。

进一步地，本发明实施例提供的逆变器还包括滤波器，当三电平逆变电路为单相三电平逆变电路时，该单相三电平逆变电路的输出端连接一个滤波器的第一端，该滤波器的第二端连接所述中性点，该滤波器的输出端为所述逆变器的输出端；当三电平逆变电路为三相三电平逆变电路，每一相三电平逆变电路的输出端分别连接一个滤波器第一端，一个滤波器仅用于对一相三电平逆变电路输出的信号进行滤波，三个滤波器的第二端相连，每个滤波器的输出端为所述逆变器的一相的输出端。

下面以三电平逆变电路采用T型拓扑为例进行说明，当然，三电平逆变电路也可以采用NPC型逆变电路，还可以采用其它三电平拓扑逆变电路。图8a所示的逆变器中的三电平逆变电路为单相三电平逆变电路，T型拓扑可以采用图1a中的开关器件101、开关器件102、开关器件103、开关器件104的连接方式；T型拓扑的输出端连接滤波器的第一端，滤波器的输出端为该逆变器的输出端OUTPUT，滤波器的第二端连接该逆变器中的三电平逆变电路的中性点N。图8b所示的逆变器中的三电平逆变电路为三相三电平逆变电路，其中，第一T型拓扑为三相三电平逆变电路中的一相，第一T型拓扑可以采用图1a中的开关器件101、开关器件102、开关器件103、开关器件104的连接方式；第二T型拓扑为三相三电平逆变电路中的一相，第二T型拓扑可以采用图1a中的开关器件101、开关器件102、开关器件103、开关器件104的连接方式；第三T型拓扑为三相三电平逆变电路中的一相，第三T型拓扑可以采用图1a中的开关器件101、开关器件102、开关器件103、开关器件104的连接方式。第一T型拓扑的输出端连接滤波器1的第一端，滤波器1的输出端为该逆变器的A相的输出端OUTA，第二T型拓扑的输出端连接滤波器2的第一端，滤波器2的输出端为该逆变器的B相的输出端OUTB，第三T型拓扑的输出端连接滤波器3的第一端，滤波器3的输出端为该逆变器的C相的输出端OUTC，滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端连接在一起。

进一步地，为了减小包含逆变器的系统的电磁干扰，当本发明实施例提供的逆变器中的三电平逆变电路为三相三电平逆变电路时，可以将逆变器中的三个滤波器的第二端均连接中性点。如图9所示，滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端均连接中性点N。

进一步地，针对本发明实施例提供的逆变器中的一个滤波器，该滤波器包括第二电感和第三电容；第二电感的一端为该滤波器的第一端，第二电感的另一端为该滤波器的输出端，第二电感的另一端连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端为该滤波器的第二端。

当逆变器中的三电平逆变电路为单相三电平逆变电路时，如图10a所示，滤波器中包括第二电感L2和第三电容C3；第二电感L2的一端为滤波器的第一端，第二电感L2的另一端为滤波器的输出端，即为该逆变器的输出端OUTPUT，第二电感L2的另一端连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端为滤波器1的第二端，连接中性点N。

当逆变器中的三电平逆变电路为三相三电平逆变电路时，以滤波器1为例进行说明。如图10b和图10c所示，滤波器1中包括第二电感L2和第三电容C3；第二电感L2的一端为滤波器1的第一端，第二电感L2的另一端为滤波器1的输出端，即该逆变器的A相的输出端OUTA，第二电感L2的另一端连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端为滤波器1的第二端。图10b与图10c的区别在于，图10b中滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端相连之后，不连接中性点N；图10c中滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端相连之后，连接中性点N。

进一步地，针对本发明实施例提供的逆变器中的一个滤波器，该滤波器包括第三电感、第四电感和第四电容；第三电感的一端为该滤波器的第一端，第三电感的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端为该滤波器的第二端，第三电感与第四电容相连的一端还连接第四电感的一端，第四电感的另一端为该滤波器的输出端。

当逆变器中的三电平逆变电路为单相三电平逆变电路时，如图11a所示，滤波器中包括第三电感L3、第四电感L4和第四电容C4；第三电感L3的一端为滤波器的第一端，第三电感L3的另一端连接第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端为该滤波器的第二端，连接中性点N，第四电感L4的一端连接第三电感L3与第四电容C4相连的一端，第四电感L4的另一端为该滤波器的输出端，即为该逆变器的输出端OUTPUT。

当逆变器中的三电平逆变电路为三相三电平逆变电路时，以滤波器1为例进行说明，如图11b和图11c所示，滤波器1包括第三电感L3、第四电感L4和第四电容C4；第三电感L3的一端为滤波器1的第一端，第三电感L3的另一端连接第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端为滤波器1的第二端，第三电感L3与第四电容C4相连的一端还连接第四电感L4的一端，第四电感L4的另一端为滤波器1的输出端，即为该逆变器的A相的输出端OUTA。图11b与图11c的区别在于，图11b中滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端相连之后，不连接中性点N；图11c中滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端相连之后，连接中性点N。

滤波器2和滤波器3可以采用与滤波器1相同的结构，也可以采用与滤波器1不同的结构。

本发明实施例还提供一种逆变器拓扑，用于在实际中需要输出更高功率时，可以采用该逆变器拓扑供电。本发明实施例提供的逆变器拓扑包括至少一个本发明实施例提供的逆变器，各个逆变器中的正直流母线传输为所述逆变器拓扑供电的电源输出的正直流信号，各个逆变器中的负直流母线传输为所述逆变器拓扑供电的电源输出的负直流信号，各个逆变器中输出信号的位相相同的相的输出端相连作为该逆变器拓扑的一相的输出端。

下面以逆变器拓扑中包括两个逆变器，每个逆变器中的三电平逆变电路采用T型拓扑逆变电路为例进行说明。

如图12a所示，逆变器拓扑包括两个逆变器，这两个逆变器中的三电平逆变电路均为单相三电平逆变电路，这两个逆变器中的正直流母线DC+均接收为该逆变器拓扑供电的电源输出的正直流信号，这两个逆变器中的负直流母线DC-均接收为该逆变器拓扑供电的电源输出的负直流信号；这两个逆变器的输出端相连，并作为该逆变器拓扑的输出端OUTPUT。

如图12b和图12c所示，逆变器拓扑包括两个逆变器，这两个逆变器中的三电平逆变电路均为三相三电平逆变电路，这两个逆变器中的正直流母线DC+均接收为该逆变器拓扑供电的电源输出的正直流信号，这两个逆变器中的负直流母线DC-均接收为该逆变器拓扑供电的电源输出的负直流信号；这两个逆变器的A相的输出端相连，作为该逆变器拓扑的A相的输出端OUTA；这两个逆变器的B相的输出端相连，作为该逆变器拓扑的B相的输出端OUTB；这两个逆变器的C相的输出端相连，作为该逆变器拓扑的C相的输出端OUTC。图12b与图12c的区别在于，图12b中滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端相连之后，不连接中性点N；图12c中滤波器1的第二端、滤波器2的第二端和滤波器3的第二端相连之后，连接中性点N。

本发明实施例提供的逆变器拓扑中的各个逆变器可以采用相同的结构，也可以采用不同的结构。

本发明实施例提供的逆变器拓扑中还可以包括软启动电路，逆变器拓扑中的各个逆变器中的正直流母线通过软启动电路接收为该逆变器拓扑供电的电源输出端的正直流信号，或者，逆变器拓扑中的各个逆变器中的负直流母线通过软启动电路接收为该逆变器拓扑供电的电源输出端的负直流信号。

本发明实施例提供的逆变器和逆变器拓扑输出的信号经过滤波后，可以通过变压器并到电网上，从而将能量注入到电网中，也可以不通过变压器，直接将能量注入到电网中。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种逆变器，包括正直流母线、负直流母线和三电平逆变电路，其特征在于，所述逆变器还包括检测电路和平衡电路；

所述检测电路的第一端口连接第一直流母线，所述检测电路的第二端口连接中性点；所述平衡电路的第一端口连接正直流母线，所述平衡电路的第二端口连接负直流母线，所述平衡电路的第三端口连接中性点；所述检测电路的第三端口与所述平衡电路的第四端口相连，所述检测电路的第四端口与所述平衡电路的第五端口相连；所述第一直流母线为正直流母线和负直流母线中的一条直流母线；所述中性点为所述三电平逆变电路中的第一电容与所述三电平逆变电路中的第二电容相连的连接点，所述第一电容与所述第二电容串联在正直流母线和负直流母线之间；

所述检测电路，用于检测第一直流母线的电压和中性点的电压之差，并在所述电压之差的绝对值大于总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第一驱动信号，并在所述电压之差的绝对值小于所述总的电压之差的一半时，通过自身的第四端口输出第二驱动信号；以及在所述电压之差的绝对值等于所述总的电压之差的一半时，通过自身的第三端口输出第三驱动信号，并通过自身的第四端口输出第四驱动信号；所述总的电压之差为正直流母线的电压与负直流母线的电压的差；

所述平衡电路，用于在通过自身的第四端口接收到第一驱动信号时，将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第四端口接收到第三驱动信号时，不再将第一直流母线和中性点接通；并在通过自身的第五端口接收到第二驱动信号时，将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通；以及在通过自身的第五端口接收到第四驱动信号时，不再将正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线和中性点接通。

2.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，检测电路的第五端口连接正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线；

所述检测电路还用于，检测正直流母线和负直流母线中除第一直流母线以外的直流母线的电压；所述总的电压之差为所述检测电路通过自身的第一端口检测到的电压，与通过自身的第五端口检测到的电压的差的绝对值。

3.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述平衡电路包括第一功率开关器件、第二功率开关器件和第一电感；

所述第一功率开关器件的第一端为所述平衡电路的第一端口，所述第一功率开关器件的第二端连接所述第二功率开关器件的第一端，所述第二功率开关器件的第二端为所述平衡电路的第二端口，所述第一电感的一端连接所述第一功率开关器件的第二端，所述第一电感的另一端连接所述中性点，所述第一功率开关器件的控制端为所述平衡电路的第四端口，所述第二功率开关器件的控制端为所述平衡电路的第五端口；

所述第一功率开关器件，用于在自身的控制端接收到第一驱动信号时开通，并在自身的控制端接收到第三驱动信号时关断；

所述第二功率开关器件，用于在自身的控制端接收到第二驱动信号时开通，并在自身的控制端接收到第四驱动信号时关断。

4.如权利要求3所述的逆变器，其特征在于，所述平衡电路还包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管反并联于所述第一功率开关器件的第一端和所述第一功率开关器件的第二端之间；所述第二二极管反并联于所述第二功率开关器件的第一端和所述第二功率开关器件的第二端之间。

5.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括软启动电路和驱动电路，所述软启动电路包括限流电阻、继电器和可控开关；

限流电阻与继电器中的常开触点串联后，并联在可控开关的第一端和可控开关的第二端之间，所述可控开关的第一端连接所述逆变器中的正直流母线和负直流母线中的一条直流母线，可控开关的第二端在所述逆变器上电时连接为所述逆变器供电的电源，继电器中的线圈的两端均连接驱动电路，可控开关的第三端连接驱动电路；

所述驱动电路，用于在所述逆变器上电后，在检测到输入电压之差与接收电压之差的差大于预设值时，控制可控开关断开，并通过继电器的线圈控制继电器的常开触点闭合；并在检测到输入电压之差与接收电压之差的差不大于预设值时，控制可控开关闭合，并通过继电器的线圈控制继电器的常开触点断开；所述输入电压之差是为所述逆变器供电的电源中的两条直流母线上的电压差，所述接收电压之差是所述逆变器中的正直流母线上的电压和所述逆变器的负直流母线上的电压之差。

6.如权利要求5所述的逆变器，其特征在于，所述软启动电路还包括第三功率开关器件和第三二极管；

第三功率开关器件的控制端连接所述驱动电路，所述第三功率器件、限流电阻与继电器中的常开触点串联后，并联在可控开关的第一端和可控开关的第二端之间；所述第三二极管反并联于所述第三功率开关器件的第一端和所述第三功率开关器件的第二端之间；

所述驱动电路，还用于在所述逆变器上电后，在检测到输入电压之差与接收电压之差的差大于预设值时，向第三功率开关器件输出第一预设驱动信号；并在检测到输入电压之差与接收电压之差的差不大于预设值时，向第三功率开关器件输出第二预设驱动信号；

所述第三功率开关器件，用于在第一预设驱动信号的控制下接通，并在接收到第二预设驱动信号时关断。

7.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括滤波器；

若所述三电平逆变电路为单相三电平逆变电路，该单相三电平逆变电路的输出端连接一个滤波器的第一端，该滤波器的第二端连接所述中性点，该滤波器的输出端为所述逆变器的输出端；

若所述三电平逆变电路为三相三电平逆变电路，每一相三电平逆变电路的输出端分别连接一个滤波器第一端，一个滤波器仅用于对一相三电平逆变电路输出的信号进行滤波，三个滤波器的第二端相连，每个滤波器的输出端所述逆变器的一相的输出端。

8.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，若所述三电平逆变电路为三相三电平逆变电路，连接所述逆变器的三个滤波器的第二端均连接所述中性点。

9.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，针对所述逆变器中的一个滤波器，所述滤波器包括第二电感和第三电容；

所述第二电感的一端为该滤波器的第一端，所述第二电感的另一端为该滤波器的输出端，并连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端为该滤波器的第二端。

10.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，针对所述逆变器中的一个滤波器，所述滤波器包括第三电感、第四电感和第四电容；

所述第三电感的一端为该滤波器的第一端，所述第三电感的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端为该滤波器的第二端，第三电感与第四电容相连的一端还连接第四电感的一端，第四电感的另一端为该滤波器的输出端。

11.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述三电平逆变电路为T型拓扑逆变电路或者为三电平中点箝位型逆变电路。

12.一种逆变器拓扑，其特征在于，包含至少一个如权利要求7～11任一所述的逆变器，各个逆变器中的正直流母线接收为所述逆变器拓扑供电的电源输出的正直流信号，各个逆变器中的负直流母线接收为所述逆变器拓扑供电的电源输出的负直流信号，各个逆变器中输出信号的位相相同的相的输出端相连作为该逆变器拓扑的一相的输出端。