CN107925361B

CN107925361B - 多电平逆变器拓扑电路

Info

Publication number: CN107925361B
Application number: CN201680031414.8A
Authority: CN
Inventors: 汪洪亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-12
Publication date: 2020-01-24
Anticipated expiration: 2036-06-12
Also published as: CN107925361A; WO2016197976A1

Abstract

一种多电平逆变器拓扑电路，三电平和五电平逆变器拓扑电路中，在逆变部分的交流输出端通过交流电网连接直流电源的负极的情况下，仍能够正常的进行工作。这样能够使得直流电源始终保持对地电势大于或等于零，因此，能够有效抑制PID效应；而且能够完全消除逆变拓扑的高频漏电流。

Description

多电平逆变器拓扑电路

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月12日提交的美国临时专利申请US62/174,620的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。

技术领域

本申请涉及多电平逆变器拓扑电路，特别是涉及单相、三相三电平及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。

在光伏发电系统中，光伏发电阵列用于将太阳能转化成电能。然而，光伏阵列输出的是直流电，但是电网是交流电。因此，并网光伏系统需要至少一个逆变器把光伏阵列输出的直流电转换成交流电。

光伏阵列存在电势诱导衰减(Potential Induced Degradation，简称PID)。电势诱导衰减，顾名思义，当光伏阵列的电势和漏电流使离子在光伏阵列的半导体材料和其它材料之间流动时发生。PID效应使光伏阵列输出性能降低。因此，PID效应是光伏阵列的一种不希望出现的特征。PID效应会引起高达40％的功率损耗。当光伏阵列对地电势为负时往往发生PID效应。保持光伏阵列对地正电压是一种抑制PID效应的有效途径。

另外，在无变压器的光伏逆变器系统中存在共模回路。共模回路中的高频漏电流导致电磁干扰，同时危及设备和人身安全。因此，高频漏电流成为无变压器型逆变器系统必须解决的重要问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种多电平逆变器拓扑电路，包括单相三电平及五电平逆变器拓扑电路和三相三电平及五电平逆变器拓扑电路，用以有效抑制PID效应。

第一方面，本发明提供了一种单相三电平逆变器拓扑电路，包括：一个悬浮电容、一个充放电模块和一个逆变模块；

所述充放电模块至少包括第一电感和充放电控制单元；

所述充放电控制单元包括第一端、第二端、第三端和至少一个充放电控制端；适于单向导通充放电控制单元第三端到第一端的连接；并在充放电控制端为第一充放电控制信号时，导通充放电控制单元第一端与第二端之间的连接，在充放电控制端接入第二充放电控制信号时，关断充放电控制单元第一端与第二端之间的连接；

所述逆变模块包括第一端、第二端、第三端、第四端、交流输出端和若干逆变控制端；适于针对逆变模块第一端、第二端、第三端、交流输出端和第四端五个端子，在逆变控制端接入第一逆变控制信号时，仅导通逆变模块第二端与第三端之间的连接以及交流输出端与第四端之间的连接；在逆变控制端接入第二逆变控制信号时，仅导通逆变模块第二端与第三端之间的连接以及第三端与交流输出端之间的连接；在逆变控制端接入第三逆变控制信号时，仅导通逆变模块第一端与第二端之间的连接以及第三端与交流输出端之间的连接；

其中所述第一电感连接在充放电控制单元的第二端与逆变模块的第一端之间；所述悬浮电容的一端连接所述逆变模块的第一端，悬浮电容的另一端连接所述逆变模块的第三端；

所述充放电控制单元的第三端连接所述逆变模块的第二端或者第三端；

所述逆变模块的第四端连接所述充放电控制单元的第一端或者所述逆变模块的第四端连接所述逆变模块的第一端。

第二方面，本发明提供了一种单相五电平逆变器拓扑电路，包括：

第一悬浮电容、第二悬浮电容、充放电模块和一个五电平逆变模块；

所述充放电模块至少包括第一电感和充放电控制单元；

所述充放电控制单元包括第一端、第二端、第三端和至少一个充放电控制端；适于单向导通充放电控制单元第三端到第一端的连接；并在充放电控制端为第一充放电控制信号时，导通充放电控制单元第一端与第二端之间的连接，在其控制端接入第二充放电控制信号时，关断充放电控制单元第一端与第二端之间的连接；

所述五电平逆变模块包括第一逆变单元和第二逆变单元；所述第一逆变单元包括第一端、第二端、第三端和若干逆变控制端；适于根据逆变控制端提供的不同控制信号提供至少两种工作模式：针对第一逆变单元第一端、第二端、第三端三个端子，仅导通第一逆变单元第一端与第二端之间的连接；针对第一逆变单元第一端、第二端、第三端三个端子，仅导通第一逆变单元第二端与第三端之间的连接；

所述第二逆变单元包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端和若干逆变控制端；适于根据逆变控制端提供的不同控制信号提供至少三种工作模式：针对第二逆变单元第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端四个端子，仅导通第二逆变单元第一输入端与交流输出端之间的连接；针对第二逆变单元第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端四个端子，仅导通第二逆变单元第二输入端与交流输出端之间的连接；针对第二逆变单元第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端四个端子，仅导通第二逆变单元第三输入端与交流输出端之间的连接；

其中所述第一电感连接在充放电控制单元的第二端与第一逆变单元的第一端之间；所述第一悬浮电容的一端连接所述第一逆变单元的第一端，第一悬浮电容的另一端连接第二逆变单元的第二输入端；第二悬浮电容的一端连接所述第一逆变单元的第三端和所述第二逆变单元的第三输入端，第二悬浮电容的另一端连接第二逆变单元的第二输入端；

所述充放电控制单元的第三端连接所述第一逆变单元的第二端或者第三端；

所述第二逆变单元的第一输入端连接所述充放电控制单元的第一端或者所述第二逆变单元的第一输入端连接所述第一逆变单元的第一端。

第三方面，本发明提供了一种三相三电平逆变器拓扑电路，包括：充放电模块、悬浮电容和一个三相逆变模块；其中，

所述充放电模块至少包括第一电感和充放电控制单元；

所述充放电控制单元包括第一端、第二端、第三端和至少一个充放电控制端；适于单向导通第三端到第一端的连接；并在充放电控制端为第一充放电控制信号时，导通第一端与第二端之间的连接，在充放电控制端接入第二充放电控制信号时，关断第一端与第二端之间的连接；

所述三相逆变模块包括一个第一逆变单元和三个第二逆变单元；所述第一逆变单元包括第一端、第二端、第三端和若干逆变控制端；适于根据逆变控制端提供的不同控制信号提供至少两种工作模式：针对第一逆变单元第一端、第二端、第三端三个端子，仅导通第一逆变单元第一端与第二端之间的连接；针对第一逆变单元第一端、第二端、第三端三个端子，仅导通第二端与第三端之间的连接；

每一个第二逆变单元包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端和若干逆变控制端；适于根据逆变控制端提供的不同控制信号提供至少三种工作模式：针对第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端四个端子，仅导通第一输入端与交流输出端之间的连接；针对第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端四个端子，仅导通第二输入端与交流输出端之间的连接；针对第一输入端、第二输入端、第三输入端、交流输出端四个端子，仅导通第三输入端与交流输出端之间的连接；

其中所述第一电感连接在充放电控制单元的第二端与第一逆变单元的第一端之间；所述悬浮电容的一端连接所述第一逆变单元的第一端，所述悬浮电容的另一端连接第一逆变单元的第三端；

各个第二逆变单元的第一输入端连接所述充放电控制单元的第一端或者连接所述第一逆变单元的第一端；第二输入端连接第一逆变单元的第二端；第三输入端连接第一逆变单元的第三端。

第四方面，本发明提供了一种三相三电平逆变器拓扑电路，包括：三个第一方面所述的单相三电平逆变器拓扑电路；三个所述单相三电平逆变拓扑电路中的充放电模块的第一端相连；三个所述单相三电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第三端相连。

第五方面，本发明提供了一种三相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括：

三个第二方面所述的单相五电平逆变器拓扑电路；三个所述单相五电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第一端相连；三个所述单相五电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第三端相连。

本发明提供的三电平和五电平逆变器拓扑电路中，在逆变部分的交流输出端通过交流电网连接直流电源的负极的情况下，仍能够正常工作。这样能够使得直流电源始终保持对地电势大于或等于零，因此，能够有效抑制PID效应；而且能够完全消除逆变拓扑的高频漏电流。

附图说明

为了更全面地理解本发明的技术方案，对后面的实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行介绍如下。通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制。

图1为本发明实施例提供的第一种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图；

图3为本发明实施例提供的第三种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图；

图4为本发明实施例提供的第四种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图；

图5为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图6为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图7为本发明实施例提供的第三种单相五电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图8为本发明实施例提供的第四种单相五电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图9为本发明实施例提供的第一种第二逆变单元M2的电路原理示意图；

图10为本发明实施例提供的第二种第二逆变单元M2的电路原理示意图；

图11为本发明实施例提供的第三种第二逆变单元M2的电路原理示意图；

图12为本发明实施例提供的第四种第二逆变单元M2的电路原理示意图；

图13为本发明实施例提供的第五种第二逆变单元M2的电路原理示意图；

图14为本发明实施例提供的带有图9所示第二逆变单元M2的第一种单相五电平逆变器的电路原理示意图；

图15为本发明实施例提供的第一种三相三电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图16为本发明实施例提供的第二种三相三电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图17为本发明实施例提供的第三种三相三电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图18为本发明实施例提供的第四种三相三电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图19(a)为本发明实施例提供的第一种单相三电平逆变拓扑的等效方框示意图；

图19(b)为本发明实施例提供的第五种三相三电平逆变拓扑的部分方框示意图；

图20(a)为本发明实施例提供的第三种单相五电平逆变拓扑的等效方框示意图；

图20(b)为本发明实施例提供的一种三相五电平逆变拓扑的部分方框示意图；

为了叙述方便，在各个附图中同一元器件采用相同的参考标号。

具体实施方式

本发明提供了多电平逆变器拓扑电路，包括单相三电平及五电平逆变器拓扑电路和三相三电平及五电平逆变器拓扑电路。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案及其如何实现，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

正如附图所示，本发明中使用的术语“PV”表示光伏阵列(也就是直流电源)，U_PV表示直流电源的输出电压，M1表示充放电模块，M2表示第二逆变单元，C_s表示悬浮电容，C_s1表示第一悬浮电容，C_s2表示第二悬浮电容，G表示交流电网。

显然，PV可以采用其它直流电源代替，也就是说，本发明中的直流电源不限定于PV。类似地，交流电网G可以采用其它交流负载代替，即本发明中的交流负载不限定于交流电网。

注意，二极管被用作代表单方向导通元件，但本发明中的单方向导通元件不限定于二极管，即也可以采用其它的单方向导通元件。二极管的正极指阳极，负极指阴极。

开关MOSFET被用作代表本发明中的可控型(导通和关断)半导体开关，但本发明中的可控型半导体开关不限定于MOSFET，即也可以采用其它的可控型半导体开关，比如IGBT。以N沟道MOSFET为例进行说明。N沟道MOSFET的第一端指漏极，第二端指源极，控制端指栅极。本发明所述多电平逆变器拓扑电路中的每个半导体开关控制端施加一个驱动控制信号。简洁起见，后面不再赘述。

为了保证每个半导体开关中的电流双向流动，本发明中的每个半导体开关反向并联一个二极管。简洁起见，本发明中使用的术语“双向开关”指带有反向并联二极管的半导体开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。

本发明提供的多电平逆变器拓扑电路，主要包括一个充放电模块，至少一个悬浮电容和一个逆变电路。为了消除PID，要求直流电源(本实施例中为光伏阵列)保持对地电势大于或等于零。为了实现上述目的，逆变器直流电源的负极连接交流电网的地线。对于三相逆变拓扑，直流电源的负极可以连接交流电网的地线，当然，直流电源的负极也可以不连接交流电网的地线。其中，充放电模块用于为悬浮电容充电，使悬浮电容能够提供逆变电路某个时间段所需的直流负向电压。逆变电路所需的直流正向电压可以从直流电源的正极获得，也可以从悬浮电容的正极获得。对应地，逆变电路的正输入端有两种连接方式。充放电模块有两种续流回路。因此，充放电模块有两种连接方式(即本发明中的二极管D_f有两种连接方式)。

对于逆变电路，可采用输出三电平的逆变电路(简称三电平逆变电路)，也可以采用输出五电平的逆变电路(简称五电平逆变电路)。对于单相三电平逆变拓扑，本发明实施例提供了一种逆变电路。对于三相逆变拓扑包括三相三电平逆变器拓扑电路和三相五电平逆变器拓扑电路，以及单相五电平逆变器拓扑电路，本发明实施例提供了五种逆变电路。

以上是本发明的核心思想。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1示出了本申请实施例提供的第一种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图。如图1所示，该逆变器拓扑电路包括：悬浮电容C_s、充放电模块M1、逆变模块，该逆变模块具体为一个全桥逆变电路。

其中，所述充放电模块M1包括第一双向开关T₁₁、第一电感L₁₁和第一二极管D_f。第一电感L₁₁和第一二极管D_f用于抑制对悬浮电容C_s充电时的冲击电流。

如图1所示，所述全桥逆变电路包括第二双向开关T₁₂，第三双向开关T₁₃，第四双向开关T₁₄，第五双向开关T₁₅。

直流电源PV的两端并联电容C_in，电容C_in起稳压作用。

直流电源PV的正极连接第一双向开关T₁₁的第一端，第一双向开关T₁₁的第二端连接第一电感L₁₁的第一端，第一电感L₁₁的第二端连接悬浮电容C_s的正极。

第一二极管D_f的负极连接第一双向开关T₁₁和第一电感L₁₁的公共端(这里的公共端是指第一双向开关T₁₁和第一电感L₁₁相连的端，具体来说为第一双向开关T₁₁的第二端和第一电感L₁₁的第一端)，第一二极管D_f的正极连接直流电源PV的负极。

第二双向开关T₁₂的第一端连接悬浮电容C_s的正极，第二双向开关T₁₂的第二端连接第三双向开关T₁₃的第一端。第二双向开关T₁₂和第三双向开关T₁₃的公共端同时连接直流电源PV的负极和交流电网的第一端。第三双向开关T₁₃的第二端连接悬浮电容C_s的负极。

第四双向开关T₁₄的第一端连接悬浮电容C_s的正极，第四双向开关T₁₄的第二端连接第五双向开关T₁₅的第一端。第五双向开关T₁₅的第二端连接悬浮电容C_s的负极。第四双向开关T₁₄和第五双向开关T₁₅的公共端通过第二电感L₁₂连接交流电网的第二端。因此，定义第四双向开关T₁₄和第五双向开关T₁₅的公共端为交流端。

第二电感L₁₂用于滤除输出电流中的纹波，提高输出电流的质量。

悬浮电容C_s由直流电源PV充电，因此假定悬浮电容C_s电压等于直流电源电压U_PV。定义附图中的第二电感L₁₂的电流由左至右为正向电流，反之为负向电流。

为了理解第一种单相三电平逆变器拓扑电路(如图1所示)的工作原理，本实施例提供它的三种工作模态如下：

第一模态：正向电流路径为：N→T₁₃→C_s→T₁₄→L₁₂→G→N；负向电流路径为：N→G→L₁₂→T₁₄→C_s→T₁₃→N。逆变器输出电压等于悬浮电容电压U_PV。该模态下，逆变模块所需的直流正向电压从悬浮电容正极获取。

第二模态：正向电流路径为：N→T₁₃→T₁₅→L₁₂→G→N；负向电流路径为：N→G→L₁₂→T₁₅→T₁₃→N。逆变器输出电压等于零。

第一模态和第二模态下，悬浮电容C_s进行充电或放电。其中，充电回路：P→T₁₁→L₁₁→C_s→T₁₃→N；放电回路：N→T₁₃→C_s→L₁₁→T₁₁→P。

第三模态：正向电流路径为：N→T₁₂→C_s→T₁₅→L₁₂→G→N；负向电流路径为：N→G→L₁₂→T₁₅→C_s→T₁₂→N。逆变器输出电压等于负的悬浮电容电压-U_PV。此种模态下，第二双向开关T₁₂和第一二极管D_f为电感L₁₁提供续流路径：L₁₁→T₁₂→D_f→L₁₁。

本实施例提供的单相三电平逆变器拓扑电路的调制策略为：在交流电网电压的正半周，第一模态和第二模态交替工作；在交流电网电压负半周，第三模态和第二模态交替工作。

需要说明的是，本申请中的半导体开关均可以采用MOSFET或IGBT实现。以N沟道型MOSFET为例，漏极为第一端，源极为第二端，栅极为控制端。所述单相三电平逆变器拓扑电路中的每个半导体开关的控制端均输入相应的驱动控制信号。简洁起见，后面不再重复描述。

本实施例提供的单相三电平逆变器拓扑电路中，可以在交流输出端通过交流电网连接直流电源的负极的情况下正常工作，能够保证直流电源始终保持对地电势大于或等于零，因此能够有效抑制PID效应；而且能够完全消除该逆变器拓扑电路的高频漏电流。由于直流电源侧没有连接分压电容，因此不存在分压电容中点电压平衡的问题。

不难理解的是，在上述的实施例中，第一双向开关T₁₁和第一二极管D_f共同的作用是在第一双向开关T₁₁导通的时候，将直流电源PV的正极与第一电感L₁₁的左端相连；并在第一双向开关T₁₁关闭的时候，断开PV的正极与第一电感L₁₁之间的连接；另外使得直流电源PV的负极与第一电感L₁₁的左端单向导通；起到了充电控制单元的作用。当然在具体的实施例中，也可以采用其他能够起到相同或者相似作用的结构替代上述的第一双向开关T₁₁和第一二极管D_f，相应的技术方案均应该落入本发明的保护范围。

另外上述的逆变模块的作用是为了在上述的三种模态下使得对应的器件相互电连接或者不连接。当然，本领域技术人员也能够想到将上述的逆变模块设计为其他结构以替代图1中的第二双向开关T₁₂、第三双向开关T₁₃、第四双向开关T₁₄和第五双向开关T₁₅实现对应的功能，相应的方案不会影响本发明的实施，也应该落入本发明的保护范围。

本实施例以及以下各个实施例中，各个双向开关均连接到对应的控制端，各个控制端用以接入对应的控制信号。在具体实施时，可能是各个双向开关一对一连接各个控制端，也可能是工作状态总是相同的的多个双向开关连接到同一个控制端。

本实施例以及以下的各个实施例中，各个二极管都可以替换为能够实现单向导通的其他单向导通元件。在能够达到相同的功能的前提下，具体选择什么样的结构作为单向导通元件不会影响本发明的保护范围。

图2示出了本发明实施例提供的第二种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图，与图1所示的单相三电平逆变拓扑不同的是，图2中第一二极管D_f的正极连接所述悬浮电容C_s的负极以及电感L₁₁的续流路径为：L₁₁→T₁₂→T₁₃→D_f→L₁₁。

图3示出了本发明实施例提供的第三种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图，与图1所示的拓扑不同的是，图3中第四双向开关T₁₄的第一端同时连接第一双向开关T₁₁的第一端和直流电源PV的正极，即逆变模块所需的直流正向电压直接从直流电源正极获取。

图4示出了本发明实施例提供的第四种单相三电平逆变拓扑的电路原理示意图，与图3不同的是，图4中第一二极管D_f的正极连接所述悬浮电容C_s的负极，其它结构相同，此处不再赘述。

第二种、第三种以及第四种单相三电平逆变拓扑的工作原理与第一种单相三电平逆变拓扑的工作原理相同。参考上述第一种单相三电平逆变拓扑的工作原理分析，可以对第二种、第三种以及第四种单相三电平逆变拓扑进行类似的工作模态分析，此处不再赘述。

图5示出了本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变拓扑的电路原理示意图。如图5所示，所述单相五电平逆变器拓扑电路包括：第一悬浮电容C_s1、第二悬浮电容C_s2、充放电模块M1和五电平逆变模块。所述五电平逆变模块包括第一逆变单元和第二逆变单元M2。其中，所述第一逆变单元包括第一开关电路支路和第二开关电路支路。所述第一开关电路支路包括第二双向开关T₅₂，第二开关电路支路包括第三双向开关T₅₃。

其中，所述充放电模块M1包括第一双向开关T₁₁、第一电感L₁₁和第一二极管D_f。

所述第二逆变单元M2包括：第一输入端I₁、第二输入端I₀、第三输入端I_-1和交流输出端I_out。

所述第一双向开关T₁₁的第一端连接直流电源PV的正极，所述第一双向开关T₁₁的第二端连接第一电感L₁₁的第一端。第一电感L₁₁的第二端连接第一悬浮电容C_s1的正极。

第一二极管D_f的负极连接所述第一双向开关T₁₁和第一电感L₁₁的公共端，第一二极管D_f的正极连接所述直流电源PV的负极。第一电感L₁₁和第一二极管D_f用于抑制第一悬浮电容C_s1和第二悬浮电容C_s2充电时的冲击电流。其中，第一电感L₁₁的续流路径为：L₁₁→C_s1→C_s2→T₅₃→D_f→L₁₁。

所述第一悬浮电容C_s1的负极连接第二悬浮电容C_s2的正极。第二悬浮电容C_s2的负极连接第二逆变单元M2的第三输入端I_-1。

第二双向开关T₅₂的第一端连接第一悬浮电容C_s1的正极，第二双向开关T₅₂的第二端连接第三双向开关T₅₃的第一端。第二双向开关T₅₂和第三双向开关T₅₃的公共端同时连接直流电源PV的负极和交流电网的第一端。第三双向开关T₅₃的第二端连接第二悬浮电容C_s2的负极。

第二逆变单元M2的第一输入端I₁连接第一悬浮电容C_s1的正极，第二逆变单元M2的第二输入端I₀连接第一悬浮电容C_s1和第二悬浮电容C_s2的公共端，第二逆变单元M2的交流输出端I_out通过第二电感L₅₂连接交流电网G的第二端。第二电感L₅₂用于滤除输出电流中的纹波，提高电流质量。

第二逆变单元M2的每个输入端与交流输出端I_out之间均设置有一个开关电路子支路。对应于第一输入端，第二输入端和第三输入端，分别为第一开关电路子支路，第二开关电路子支路和第三开关电路子支路。

本实施例中，假定第一悬浮电容C_s1容抗等于第二悬浮电容C_s2容抗。直流电源PV为第一悬浮电容C_s1和第二悬浮电容C_s2共同充电，因此第一悬浮电容电压等于第二悬浮电容电压，即都等于一半直流电源电压0.5U_PV。

第一种情况，第一开关电路支路工作，即第二双向开关T₅₂导通。此时，交流电网的第一端等效连接第一悬浮电容C_s1正极或第二逆变单元M2的第一输入端I₁。同时，如果第一开关电路子支路工作，则逆变器输出电压等于零；如果第二开关电路子支路工作，则逆变器输出电压等于负的第一悬浮电容电压，即-0.5U_PV；如果第三开关电路子支路工作，则逆变器输出电压等于负的第一悬浮电容电压与负的第二悬浮电容电压之和，即-U_PV。

第二种情况，第二开关电路支路工作，即第三双向开关T₅₃导通。此时，交流电网的第一端等效连接第二悬浮电容C_s2负极或第二逆变单元M2的第三输入端I_-1。同时，如果第一开关电路子支路工作，则逆变器输出电压等于第一悬浮电容电压与第二悬浮电容电压之和，即U_PV；如果第二开关电路子支路工作，则逆变器输出电压等于第二悬浮电容电压，即0.5U_PV；如果第三开关电路子支路工作，则逆变器输出电压等于零。

图6示出了本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变拓扑的电路原理示意图。与图5所示的拓扑不同的是，图6中的第一二极管D_f的正极连接第二悬浮电容C_s2的负极以及第一电感L₁₁的续流路径为：L₁₁→C_s1→C_s2→D_f→L₁₁。

图7示出了本发明实施例提供的第三种单相五电平逆变拓扑的电路原理示意图。与图5所示的拓扑不同的是，图7中的第二逆变单元M2的第一输入端I₁同时连接所述第一双向开关T₁₁的第一端和直流电源PV的正极，其它结构与图5相同。逆变模块所需的直流正向电压直接从直流电源正极获取。

图8示出了本发明实施例提供的第四种单相五电平逆变拓扑的电路原理示意图。与图7所示的拓扑不同的是，图8中的第一二极管D_f的正极连接第二悬浮电容C_s2的负极以及第一电感L₁₁的续流路径为：L₁₁→C_s1→C_s2→D_f→L₁₁。

图9示出了本发明实施例提供的第一种第二逆变单元M2的电路原理示意图。如图9所示，第二逆变单元M2包括：第四双向开关T₉₄、第五双向开关T₉₅、第六双向开关T₉₆和第七双向开关T₉₇。

所述第四双向开关T₉₄的第一端连接所述第二逆变单元M2的第一输入端I₁，所述第四双向开关T₉₄的第二端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。第五双向开关T₉₅的第一端连接所述第二逆变单元M2的第二输入端I₀，第五双向开关T₉₅的第二端连接第六双向开关T₉₆的第二端，第六双向开关T₉₆的第一端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。第七双向开关T₉₇的第一端连接所述第二逆变单元M2的所述交流输出端I_out，第七双向开关T₉₇的第二端连接所述第二逆变单元M2的第三输入端I_-1。

图10示出了本发明实施例提供的第二种第二逆变单元M2的电路原理示意图。如图10所示，所述第二逆变单元M2包括：第四双向开关T₁₀₄、第五双向开关T₁₀₅、第六双向开关T₁₀₆和第七双向开关T₁₀₇。

第四双向开关T₁₀₄的第一端连接所述第二逆变单元M2的第一输入端I₁，第四双向开关T₁₀₄的第二端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。第五双向开关T₁₀₅的第二端连接所述第二逆变单元M2的第二输入端I₀，第五双向开关T₁₀₅的第一端连接第六双向开关T₁₀₆的第二端。第六双向开关T₁₀₆的第一端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。第七双向开关T₁₀₇的第一端连接第六双向开关T₁₀₆的第二端，第七双向开关T₁₀₇的第二端连接所述第二逆变单元M2的第三输入端I_-1。

图11示出了本发明实施例提供的第三种第二逆变单元M2的电路原理示意图。如图11所示，所述第二逆变单元M2包括：第四双向开关T₁₁₄、第五双向开关T₁₁₅、第六双向开关T₁₁₆和第七双向开关T₁₁₇。

第四双向开关T₁₁₄的第一端连接所述第二逆变单元M2的第一输入端I₁，第四双向开关T₁₁₄的第二端连接第六双向开关T₁₁₆的第一端，第六双向开关T₁₁₆的第二端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。

第五双向开关T₁₁₅的第一端连接第六双向开关T₁₁₆的第一端，第五双向开关T₁₁₅的第二端连接所述第二逆变单元M2的第二输入端I₀。第七双向开关T₁₁₇的第一端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out，第七双向开关T₁₁₇的第二端连接所述第二逆变单元M2的所述第三输入端I_-1。

图12示出了本发明实施例提供的第四种第二逆变单元M2的电路原理示意图。如图12所示，所述第二逆变单元M2包括：第四双向开关T₁₂₄、第五双向开关T₁₂₅、第六双向开关T₁₂₆、第七双向开关T₁₂₇、第二二极管D₁₂₂和第三二极管D₁₂₃。

第四双向开关T₁₂₄的第一端连接所述第二逆变单元M2的所述第一输入端I₁，所述第四双向开关T₁₂₄的第二端连接第五双向开关T₁₂₅的第一端，第五双向开关T₁₂₅的第二端连接第六双向开关T₁₂₆的第一端。第六双向开关T₁₂₆的第二端连接第七双向开关T₁₂₇的第一端，第七双向开关T₁₂₇的第二端连接所述第二逆变单元M2的第三输入端I_-1。第五双向开关T₁₂₅和第六双向开关T₁₂₆的公共端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。第二二极管D₁₂₂的负极连接第四双向开关T₁₂₄和第五双向开关T₁₂₅的公共端，第二二极管D₁₂₂的正极连接第三二极管D₁₂₃的负极，第三二极管D₁₂₃的正极连接第六双向开关T₁₂₆和第七双向开关T₁₂₇的公共端。第二二极管D₁₂₂和第三二极管的正极D₁₂₃的公共端连接所述第二逆变单元M2的第二输入端I₀。

图13示出了本发明实施例提供的第五种第二逆变单元M2的电路原理示意图。如图13所示，所述第二逆变单元M2包括：第四双向开关T₁₃₄、第五双向开关T₁₃₅、第六双向开关T₁₃₆、第二二极管D₁₃₂、第三二极管D₁₃₃、第四二极管D₁₃₄和第五二极管D₁₃₅。

第四双向开关T₁₃₄的第一端连接所述第二逆变单元M2的第一输入端I₁，第四双向开关T₁₃₄的第二端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。第六双向开关T₁₃₆的第一端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out，第六双向开关T₁₃₆的第二端连接所述第二逆变单元M2的第三输入端I_-1。

第二二极管D₁₃₂的负极连接第五双向开关T₁₃₅的第一端，第二二极管D₁₃₂的正极连接第三二极管D₁₃₃的负极，第三二极管D₁₃₃的正极连接第五双向开关T₁₃₅的第二端。第二二极管D₁₃₂和第三二极管D₁₃₃的公共端连接所述第二逆变单元M2的第二输入端I₀；第四二极管D₁₃₄的负极连接第五双向开关T₁₃₅的第一端，第四二极管D₁₃₄的正极连接第五二极管D₁₃₅的负极，第五二极管D₁₃₅的正极连接第五双向开关T₁₃₅的第二端，第四二极管D₁₃₄和第五二极管D₁₃₅的公共端连接所述第二逆变单元M2的交流输出端I_out。

如图14所示，结合图9所示的第二逆变单元M2，说明第一种单相五电平逆变器的工作原理。本实施例提供它的五种工作模态如下：

第一工作模态：正向电流:N→T₅₃→C_s2→C_s1→T₉₄→L₅₂→G→N；负向电流:N→G→L₅₂→T₉₄→C_s1→C_s2→T₅₃→N.逆变器输出电压等于第一悬浮电容电压与第二悬浮电容电压之和，即U_PV。

第二工作模态：正向电流:N→T₅₃→C_s2→T₉₅→T₉₆→L₅₂→G→N；负向电流:N→G→L₅₂→T₉₆→T₉₅→C_s2→T₅₃→N.逆变器输出电压等于第二悬浮电容电压，即0.5U_PV。

第三工作模态：正向电流:N→T₅₃→T₉₇→L₅₂→G→N；负向电流:N→G→L₅₂→T₉₇→T₅₃→N。逆变器输出电压等于零。

第四工作模态：正向电流:N→T₅₂→C_s1→T₉₅→T₉₆→L₅₂→G→N；负向电流:N→G→L₅₂→T₉₆→T₉₅→C_s1→T₅₂→N。逆变器输出电压等于负的第一悬浮电容电压，即-0.5U_PV。

第五工作模态：正向电流:N→T₅₂→C_s1→C_s2→T₉₇→L₅₂→G→N；负向电流:N→G→L₅₂→T₉₇→C_s2→C_s1→T₅₂→N。逆变器输出电压等于负的第一悬浮电容电压与负的第二悬浮电容电压之和，即-U_PV。

同时，当双向开关T₅₃中的二极管工作时，第一悬浮电容C_s1和第二悬浮电容C_s2由充放电模块M1充电。充电回路:N→PV→P→T₁₁→L₁₁→C_s1→C_s2→T₅₃→N。

本实施例提供的单相五电平逆变器中的第二逆变单元M2的交流输出端通过交流电网连接直流电源的负极，从而保证直流电源始终保持对地电势大于或等于零，因此能够有效抑制PID效应；而且能够完全消除该逆变拓扑的高频漏电流。

需要说明的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，不付出创造性的劳动对本发明的实施例做出的一些变化，比如，上述的每一种逆变拓扑对应的直流电源正极连接交流电网的对偶拓扑，这样的变化得到的拓扑也应视为本申请的保护范围。

图15示出了本发明实施例提供的第一种三相三电平逆变拓扑的部分方框电路原理示意图。如图15所示，该三相三电平逆变拓扑包括一个充放电模块M1、悬浮电容C_s和一个三相逆变电路。

其中，充放电模块M1包括第一双向开关T₁₁、第一电感L₁₁和第一二极管D_f，具体的电路连接和工作原理与图1所示的充放电模块相同，此处不再赘述。

三相逆变电路包括第一开关电路支路、第二开关电路支路，以及三个第二逆变单元M2。第一开关电路支路包括第二双向开关T₁₅₂，第二开关电路支路包括第三双向开关T₁₅₃。每个第二逆变单元M2具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和一个交流输出端。

其中，第二双向开关T₁₅₂的第一端连接悬浮电容C_s的正极，第二双向开关T₁₅₂的第二端连接第三双向开关T₁₅₃的第一端，且第二双向开关T₁₅₂和第三双向开关T₁₅₃的公共端连接直流电源PV的负极。第三双向开关T₁₅₃的第二端连接悬浮电容C_s的负极。

三个第二逆变单元M2的第一输入端均连接所述第二双向开关T₁₅₂的第一端；三个第二逆变单元M2的第二输入端均连接直流电源PV的负极；第三输入端均连接悬浮电容C_s的负极；三个第二逆变单元M2的三个交流输出端分别连接交流电网的三相。如果交流电网的地线连接直流电源的负极，则形成三相四线系统；反过来，如果交流电网的地线不连接直流电源的负极，则形成三相三线系统。

三个第二逆变单元M2中的任一个均可以采用图9至图13所示的第二逆变单元中的任一个，此处不再赘述。考虑到易于集成，三个第二逆变单元优先采用相同的第二逆变单元，例如，三个第二逆变单元M2都采用图9所示的第二逆变单元。

本实施例提供的三相三电平逆变拓扑，三相电路部分共用充放电模块、悬浮电容和第一、第二开关电路支路，从而简化了电路结构，降低了电路成本，同时方便电路集成。

图16示出了本发明实施例提供的第二种三相三电平逆变拓扑的部分方框电路原理示意图，与图15所示拓扑不同的是，图16中的三个第二逆变单元的第一输入端均连接直流电源PV的正极，其它部分与图15相同，此处不再赘述。

图17示出了本发明实施例提供的第三种三相三电平逆变拓扑的部分方框电路原理示意图，与图15所示拓扑不同的是，图17中的第一二极管D_f的正极连接悬浮电容C_s的负极，其它部分与图15相同，此处不再赘述。

图18示出了本发明实施例提供的第四种三相三电平逆变拓扑的部分方框电路原理示意图，与图17所示拓扑不同的是，图18中的三个第二逆变单元的第一输入端均连接直流电源PV的正极，其它部分与图17相同，此处不再赘述。

图19(a)示出了本发明实施例第一种单相三电平逆变拓扑的等效电路方框示意图。如图19(a)所示，定义充放电模块中的第一双向开关T₁₁的第一端为该单相三电平逆变拓扑的正直流输入端，同时定义与直流电源负极相连的端子为其负直流输入端。

图19(b)示出了利用图19(a)所示的单相三电平逆变拓扑得到的第五种三相三电平逆变拓扑的部分方框电路原理示意图。

如图19(b)所示，所述第五种三相三电平逆变拓扑包括三个输入侧并联连接的单相三电平逆变拓扑。其中，每个单相三电平逆变拓扑的两个直流输入端并联在直流电源的两端。具体的，三个单相三电平逆变拓扑的正直流输入端均连接直流电源的正极，负直流输入端均连接直流电源的负极。三个单相三电平逆变拓扑的三个交流输出端分别连接交流电网的三相(A相、B相、C相)。

三个单相三电平逆变拓扑中的任一个都可以采用图1至图4示出的任何一个单相三电平逆变拓扑。

图20(a)示出了本发明实施例一种单相五电平逆变拓扑的等效电路方框示意图。图20(b)示出了利用图20(a)所示的单相五电平逆变拓扑得到的三相五电平逆变拓扑的部分方框电路原理示意图。

所述三相五电平逆变拓扑包括三个输入侧并联连接的单相五电平逆变拓扑。其中，每个单相五电平逆变拓扑的两个直流输入端并联于直流电源的两端。具体的，三个单相三电平逆变拓扑的正直流输入端均连接直流电源的正极，负直流输入端均连接直流电源的负极。三个单相三电平逆变拓扑的三个交流输出端分别连接交流电网的三相(A相、B相、C相)。

三个单相五电平逆变拓扑中的任一个均可以采用图5至图8所示的任何一个单相五电平逆变拓扑，此处不再赘述。其中，每个单相五电平逆变拓扑中的第二逆变单元M2可以采用图9至图13所示的任何一个第二逆变单元。考虑到易于集成，三个单相五电平逆变拓扑优先采用相同的第二逆变单元，例如，三个单相五电平逆变拓扑都采用图9所示的第二逆变单元。

综合上述的各个实施例可以看出，本发明提供的单相三电平逆变拓扑和单相五电平逆变拓扑中的逆变电路的交流输出端均通过交流电网连接直流电源的负极，从而使直流电源始终保持对地电势大于或等于零，因此，能够有效抑制PID效应；而且能够完全消除逆变拓扑的高频漏电流。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如，根据本实施例中的拓扑电路利用对称特性得到的拓扑，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种单相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括：一个悬浮电容、一个充放电模块和一个逆变模块；

所述充放电模块至少包括第一电感和充放电控制单元；

2.根据权利要求1所述的单相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述充放电控制单元包括第一双向开关和第一单向导通元件；所述第一双向开关的第一端连接所述充放电控制单元的第一端，所述第一双向开关的第二端连接所述充放电控制单元的第二端，所述第一双向开关的控制端连接充放电控制端；所述第一单向导通元件的第一端连接所述充放电控制单元的第二端，所述第一单向导通元件的第二端连接所述充放电控制单元的第三端，导通方向由所述第一单向导通元件的第二端指向所述第一单向导通元件的第一端。

3.根据权利要求1或2所述的单相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述逆变模块包括第二双向开关、第三双向开关，第四双向开关和第五双向开关，各个双向开关的控制端各自连接逆变控制端；所述逆变模块中，第二双向开关的第一端连接所述逆变模块的第一端，第二双向开关的第二端连接所述逆变模块的第二端；第三双向开关的第一端连接所述逆变模块的第二端，第三双向开关的第二端连接所述逆变模块的第三端；第四双向开关的第一端连接所述逆变模块的第四端，第四双向开关的第二端连接所述逆变模块的交流输出端；第五双向开关的第一端连接所述逆变模块的交流输出端，第五双向开关的第二端连接所述逆变模块的第三端。

4.根据权利要求1或2所述的单相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括充电电容和/或第二电感；

所述充电电容的第一端连接所述充放电控制单元的第一端，所述充电电容的第二端连接所述充放电控制单元的第三端，或者所述充电电容的第二端连接所述逆变模块的第二端；

第二电感的一端连接所述逆变模块的交流输出端，另一端用于接入交流负载。

5.根据权利要求1或2所述的单相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括直流电源；

所述直流电源的正极连接所述充放电控制单元的第一端，所述直流电源的负极连接所述充放电控制单元的第三端，或者所述直流电源的负极连接所述逆变模块的第二端。

6.根据权利要求5所述的单相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述逆变模块的交流输出端通过交流负载连接直流电源的负极。

7.一种单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括：第一悬浮电容、第二悬浮电容、充放电模块和一个五电平逆变模块；

所述充放电模块至少包括第一电感和充放电控制单元；

8.根据权利要求7所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述充放电控制单元包括第一双向开关和第一单向导通元件；所述第一双向开关的第一端连接所述充放电控制单元的第一端，所述第一双向开关的第二端连接所述充放电控制单元的第二端，所述第一双向开关的控制端连接充放电控制端；所述第一单向导通元件的第一端连接所述充放电控制单元的第二端，所述第一单向导通元件的第二端连接所述充放电控制单元的第三端，导通方向由所述第一单向导通元件的第二端指向所述第一单向导通元件的第一端。

9.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，第一逆变单元包括第二双向开关和第三双向开关，各个双向开关的控制端对应连接所述逆变单元的各个逆变控制端；第二双向开关的第一端连接所述第一逆变单元的第一端，第二双向开关的第二端连接所述第一逆变单元的第二端；第三双向开关的第一端连接所述第一逆变单元的第二端，第三双向开关的第二端连接所述第一逆变单元的第三端。

10.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元进一步包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关和第七双向开关，各个双向开关的控制端各自连接所述第二逆变单元的各个逆变控制端；其中，第四双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第一输入端，所述第四双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第五双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第二输入端，所述第五双向开关的第二端连接所述第六双向开关的第二端；所述第六双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第七双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端，所述第七双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第三输入端。

11.如权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元进一步包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关和第七双向开关，其中：

第四双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第一输入端，所述第四双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第五双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第二输入端，所述第五双向开关的第一端连接所述第六双向开关的第二端；所述第六双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第七双向开关的第一端连接所述第六双向开关的第二端，所述第七双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第三输入端。

12.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元进一步包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关和第七双向开关，各个双向开关的控制端各自连接所述第二逆变单元的各个逆变控制端；其中：

所述第四双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第一输入端，所述第四双向开关的第二端连接所述第六双向开关的第一端；所述第六双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第五双向开关的第一端连接所述第六双向开关的第一端，所述第五双向开关的第二端连接第二逆变单元的第二输入端；所述第七双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端，所述第七双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第三输入端。

13.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元进一步包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关、第二单向导通元件和第三单向导通元件，各个双向开关的控制端各自连接所述第二逆变单元的各个逆变控制端，各个单向导通元件导通方向由该单向导通元件的第二端指向该单向导通元件的第一端；其中：

所述第四双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第一输入端，所述第四双向开关的第二端连接所述第五双向开关的第一端；所述第五双向开关的第二端连接所述第六双向开关端的第一端；所述第六双向开关的第二端连接所述第七双向开关的第一端，所述第七双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第三输入端；所述第五双向开关的第二端以及所述第六双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第二单向导通元件的第一端连接所述第四双向开关的第二端和所述第五双向开关的第一端，所述第二单向导通元件的第二端连接所述第三单向导通元件的第一端；所述第三单向导通元件的第二端连接所述第六双向开关的第二端和所述第七双向开关的第一端；所述第二单向导通元件的第二端和所述第三单向导通元件的第一端连接所述第二逆变单元的第二输入端。

14.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元进一步包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关、第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件和第五单向导通元件，各个单向导通元件导通方向由该单向导通元件的第二端指向该单向导通元件的第一端；

所述第四双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第一输入端，所述第四双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第六双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端，所述第六双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第三输入端；

所述第二单向导通元件的第一端连接所述第五双向开关的第一端，所述第二单向导通元件的第二端连接所述第三单向导通元件的第一端；所述第三单向导通元件的第二端连接所述第五双向开关的第二端，所述第二单向导通元件的第二端和所述第三单向导通元件的第一端连接所述第二逆变单元的第二输入端；所述第四单向导通元件的第一端连接所述第五双向开关的第一端，所述第四单向导通元件的第二端连接所述第五单向导通元件的第一端；所述第五单向导通元件的第二端连接所述第五双向开关的第二端；所述第四单向导通元件的第二端和所述第五单向导通元件的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端。

15.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括充电电容和/或第二电感；

所述充电电容的第一端连接所述充放电控制单元的第一端，充电电容的第二端连接所述充放电控制单元的第三端，或者，充电电容的第二端连接所述第一逆变单元的第二端；

第二电感的一端连接所述第二逆变单元的交流输出端，另一端用于接入交流负载。

16.根据权利要求7或8所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括直流电源；

所述直流电源的正极连接所述充放电控制单元的第一端，所述直流电源的负极连接所述充放电控制单元的第三端，或者所述直流电源的负极连接所述第一逆变模块的第二端。

17.根据权利要求16所述的单相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变模块的交流输出端通过交流负载连接直流电源的负极。

18.一种三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括：充放电模块、悬浮电容和一个三相逆变模块；其中，

所述充放电模块至少包括第一电感和充放电控制单元；

19.根据权利要求18所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述充放电控制单元包括第一双向开关和第一单向导通元件；所述第一双向开关的第一端连接所述充放电控制单元的第一端，所述第一双向开关的第二端连接所述充放电控制单元的第二端，所述第一双向开关的控制端连接充放电控制端；所述第一单向导通元件的第一端连接所述充放电控制单元的第二端，所述第一单向导通元件的第二端连接所述充放电控制单元的第三端，导通方向由所述第一单向导通元件的第二端指向所述第一单向导通元件的第一端。

20.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，第一逆变单元包括第二双向开关和第三双向开关，各个双向开关的控制端对应连接所述逆变单元的各个逆变控制端；第二双向开关的第一端连接所述第一逆变单元的第一端，第二双向开关的第二端连接所述第一逆变单元的第二端；第三双向开关的第一端连接所述第一逆变单元的第二端，第三双向开关的第二端连接所述第一逆变单元的第三端。

21.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关和第七双向开关，各个双向开关的控制端各自连接所述第二逆变单元的各个逆变控制端；其中，第四双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第一输入端，所述第四双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第五双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的第二输入端，所述第五双向开关的第二端连接所述第六双向开关的第二端；所述第六双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端；所述第七双向开关的第一端连接所述第二逆变单元的交流输出端，所述第七双向开关的第二端连接所述第二逆变单元的第三输入端。

22.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关和第七双向开关，其中：

23.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关和第七双向开关，各个双向开关的控制端各自连接所述第二逆变单元的各个逆变控制端；其中：

24.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关、第二单向导通元件和第三单向导通元件，各个双向开关的控制端各自连接所述第二逆变单元的各个逆变控制端，各个单向导通元件导通方向由该单向导通元件的第二端指向该单向导通元件的第一端；其中：

25.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变单元包括：第四双向开关、第五双向开关、第六双向开关、第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件和第五单向导通元件，各个单向导通元件导通方向由该单向导通元件的第二端指向该单向导通元件的第一端；

26.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括充电电容和/或三个第二电感；

所述充电电容的第一端连接所述充放电控制单元的第一端，所述充电电容的第二端连接所述充放电控制单元的第三端，或者，所述充电电容的第二端连接所述第一逆变单元的第二端；

每一个第二电感对应于一个第二逆变单元，一端连接所述第二逆变单元的交流输出端，另一端用于接入交流负载。

27.根据权利要求18或19所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括直流电源；

28.根据权利要求27所述的三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第二逆变模块的交流输出端通过交流负载连接直流电源的负极。

29.一种三相三电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括：三个权利要求1至6任一所述的单相三电平逆变器拓扑电路；三个所述单相三电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第一端相连；三个所述单相三电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第三端相连。

30.一种三相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括：三个权利要求7至17任一所述的单相五电平逆变器拓扑电路；三个所述单相五电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第一端相连；三个所述单相五电平逆变器拓扑电路中的充放电模块的第三端相连。