CN109217704A - 一种抑制系统漏电流非隔离型五电平逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抑制系统漏电流非隔离型五电平逆变器。非隔离型五电平逆变器包括：第一电路、第二电路、续流电路和全桥电路；第一电路的第一端与电池的正极连接，其第二端与续流电路的第一端连接；第二电路的第一端与续流电路的第二端连接，其第二端与电池的负极连接；全桥电路的第一端和第三端分别与第一电路和第二电路连接，其第二端和第四路连接交流系统侧；在各工作状态，第一电路、第二电路、续流电路和全桥电路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。本实施例可以解决钳位电容电压平衡问题；在一个开关周期内，钳位电容充放电时间相等，从而保证五电平逆变器的共模电压为恒定值。

Description

一种抑制系统漏电流非隔离型五电平逆变器
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种抑制系统漏电流非隔离型五电平逆变器。
背景技术
目前,在光伏并网系统中，光伏逆变器在电能变换过程中承担着重要角色。作为光伏电池和电网的重要接口，根据逆变系统中是否含有隔离变压器，光伏并网逆变器可以分为隔离型逆变器和非隔离性逆变器。在隔离型逆变器系统中，通常在直流侧装有高频变压器或在低频侧装有低频变压器。变压器不仅对光伏电池直流电压进行升压，也隔离了直流侧和交流侧，使两者之间不存在直流回路。但是，变压器的存在使得整个系统损耗增加，效率大大降低，并且变压器体积比较大，成本比较高。非隔离型逆变器则克服了隔离型逆变系统的缺点，然而由于缺少电气隔离，非隔离系统出现了可靠性、漏电流等诸多新问题。
针对非隔离型逆变系统出现的漏电流问题，国内外学者提出了许多改进的拓扑结构，主要可以分为单电感结构和对称电感结构，其中对称电感结构又可以分为直流侧旁路和交流侧旁路两种结构，较为典型的结构有H5、H6、改进型H6、混合H6和Heric等拓扑结构。近年来，各国专家与学者对低漏电流型光伏并网逆变器已经展开了大量的研究。其主要思路是:构造新的续流回路，使得在续流阶段光伏电池侧与交流电网侧断开，结合开关调制方式，把续流回路电平箝位至一固定值，即使共模电压保持不变，从而抑制漏电流的产生。
申请号为102004030912B3的专利提出一种H5拓扑，在普通全桥拓扑的基础上，其直流输入端串联一个附加开关管S5，如图1所示。通过S5的开关调制实现交流侧和直流侧的解耦，抑制漏电流的产生。正半周S1始终导通，S4和S5工作在高频调制状态，负半周与之类似。
文献《一种新型单相无变压器光伏并网逆变器》提出一种H5改进拓扑，如图2所示。该逆变拓扑能够同时实现单极性调制和倍频单极性调制。采用倍频调制时，正半周S1和S6做正时序的SPWM高频调制，S4和S5做负时序的SPWM高频调制，负半周与之类似。相比单极性调制，倍频单极性调制能够降低对开关器件的速度要求，电能质量相对较高。该拓扑降低了对开关器件速度的要求，有利于器件选型，同时可以减小电流纹波，降低谐波含量。
申请号为DE10221592A1的专利在在交流侧加入了由两个开关管和两个二极管构成的续流回路，如图3所示，其作用和HB_ZVR拓扑结构中的续流回路相同。该拓扑中开关管S1-S4承担了绝大部分的开关损耗，同时也分担了有源状态下的导通损耗。开关损耗和导通损耗均与H5拓扑相同，器件损耗分布平衡性，易于延长开关管的工作寿命。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种抑制系统漏电流非隔离型五电平逆变器，用于解决相关技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种非隔离型五电平逆变器，包括：第一电路、第二电路、续流电路和全桥电路；其中，
所述第一电路的第一端与电池的正极连接，所述第一电路的第二端与所述续流电路的第一端连接；
所述第二电路的第一端与所述续流电路的第二端连接，所述第二电路的第二端与所述电池的负极连接；
所述全桥电路的第一端和第三端分别与所述第一电路和所述第二电路连接，所述全桥电路的第二端和第四路连接交流系统侧；
在各工作状态，所述第一电路、所述第二电路、所述续流电路和所述全桥电路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。
可选地，所述第一电路包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第一电容；所述第二电路包括第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件和第二电容；其中，
所述第一开关器件的第一端与所述第一电路的第一端连接，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接；
所述第三开关器件的第一端与所述第二开关器件的第二端连接，所述第三开关器件的第二端与所述续流电路的第一端连接；
所述第一电容的第一极与所述第二开关器件的第一端连接，所述第一电容的第二极与所述第三开关器件的第二端连接；
所述第四开关器件的第一端与所述续流电路的第一端连接；所述第四开关器件的第二端与所述续流电路的第二端连接；
所述第五开关器件的第一端与所述第二电路的第一端连接，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端连接；
所述第七开关器件的第一端与所述第六开关器件的第二端连接，所述第七开关器件的第二端与所述第二电路的第二端连接；
所述第二电容的第一极与所述第二电路的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述第七开关器件的第一端连接。
可选地，所述全桥电路包括第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件和第十一开关器件；
所述第八开关器件的第一端与所述第二开关器件的第二端连接，所述第八开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接于所述全桥电路的第一端；
所述第九开关器件的第一端与所述第八开关器件的第一端连接于所述全桥电路的第二端，所述第九开关器件的第二端与所述第十一开关器件的第一端连接于所述全桥电路的第四端；
所述第十开关器件的第二端与所述第十一开关器件的第二端连接于所述全桥电路的第三端；
所述第八开关器件和所述第十开关器件构成第一桥臂，所述第九开关器件和所述第十一开关器件构成第二桥臂。
可选地，在纯有功条件下，所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件分别采用中仅保留续流二极管。
第二方面，本发明实施例提供了一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抑制策略，应用于第一方面所述的非隔离型五电平逆变器，包括：
在各工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路、所述续流电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。
可选地，还包括：
在第一工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为电池电压VPN，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为公共电压0，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第二工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN/2且所述共模电压保持为所述VPN/2。
可选地，还包括：
在第三工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN/2且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第四工作状态，导通所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为0且所述共模电压保持为所述VPN/2。
可选地，还包括：
在第五工作状态，导通所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述电池和交流系统侧隔离，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为0且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第六工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为3VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN/2且所述共模电压保持为VPN/2。
可选地，还包括：
在第七工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为3VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN/2且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第八工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为0，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN且所述共模电压保持为所述VPN/2。
由上述技术方案可知，本发明实施例中提供了一种新型的五电平拓扑结构，该拓扑结构可以解决非隔离型光伏逆变器产生漏电流的问题。
本实施例中通过设置漏电流抑制策略，可以解决钳位电容电压平衡问题，在一个开关周期内，钳位电容充放电时间相等，从而保证非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1～图3是相关技术中一种逆变器的电路示意图；
图4为本发明一实施例提供的非隔离型五电平逆变器的电路示意图；
图5～图12为图4所示非隔离型五电平逆变器在各工作状态的电路示意图；
图13为本发明一实施例提供的非隔离型五电平逆变器的五电平调制策略的波形图；
图14为本发明一实施例提供的非隔离型五电平逆变器的电路示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本实施例中为保证各开关器件的正常工作，需要在各开关器件上并联一个续流二极管，续流二极管的并联方向与开关器件的类型相关，技术人员可以根据开关器件的类型进行设置，在此不作限定。若未说明，则开关器件默认包含一个续流二极管，特别情况下本实施例会指出。另外，“第一”“第二”仅用于区别于各器件，而不限定各器件的顺序。
另需要说明的是，本实施例中共模电压为全桥电路中第一电路和第二电路输出电压之和的一半。
图4为本发明一实施例提供的非隔离型五电平逆变器的电路流程示意图。参见图4，一种非隔离型五电平逆变器包括：第一电路11、第二电路12、续流电路13和全桥电路14；其中，
第一电路11的第一端与电池PV的正极连接，第一电路11的第二端与续流电路13的第一端连接；
第二电路12的第一端与续流电路13的第二端连接，第二电路12的第二端与电池PV的负极连接；
全桥电路14的第一端141和第三端143分别与第一电路11和第二电路12连接，全桥电路14的第二端142和第四路144连接交流系统侧(例如第一电感L1、交流负载G、第二电感L2)；
在各工作状态，第一电路11、第二电路12、续流电路13和全桥电路14中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。
需要说明的是，非隔离型五电平逆变器还可以包括一直流电容C3，该直流电容C3并联于电池PV，由于本实施例中未对直流电容C3的工作原理和连接方式作相关改进，因此之后不再详细描述。
下面结合附图和实施例对非隔离型五电平逆变器的各步骤作详细描述。
继续参见图4，第一电路11包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第一电容C；第二电路12包括第五开关器件T5、第六开关器件T6、第七开关器件T7和第二电容C2；其中，
第一开关器件T1的第一端与第一电路11的第一端连接，第一开关器件T1的第二端与第二开关器件T2的第一端连接；第三开关器件T3的第一端与第二开关器件T2的第二端连接，第三开关器件T3的第二端与续流电路13的第一端连接；第一电容C1的第一极与第二开关器件T2的第一端连接，第一电容C1的第二极与第三开关器件T3的第二端连接。
第五开关器件T5的第一端与第二电路12的第一端连接，第五开关器件T5的第二端与第六开关器件T6的第一端连接；第七开关器件T7的第一端与第六开关器件T6的第二端连接，第七开关器件T7的第二端与第二电路12的第二端连接；第二电容C2的第一极与第二电路12的第一端连接，第二电容C2的第二极与第七开关器件T7的第一端连接。
继续参见图4，全桥电路14包括第八开关器件T8、第九开关器件T9、第十开关器件T10和第十一开关器件T11；
第八开关器件T8的第一端与第二开关器件T2的第二端连接，第八开关器件T8的第二端与第十开关器件T10的第一端连接于全桥电路14的第一端；
第九开关器件T9的第一端与第八开关器件T8的第一端连接于全桥电路14的第二端142，第九开关器件T9的第二端与第十一开关器件T11的第一端连接于全桥电路14的第四端144；第十开关器件T10的第二端与第十一开关器件T11的第二端连接于全桥电路14的第三端143；
第八开关器件T8和第十开关器件T10构成第一桥臂，第九开关器件T9和第十一开关器件T11构成第二桥臂。
还需要说明的是，本实施例中非隔离型五电平逆变器还可以包括一控制器(图中未示出)，该控制器分别开关器件T1～T11的控制端(T1～T11中剩余的端子)连接，可以向控制端发送控制信号，例如逻辑高电平(+1)、逻辑低电平(0)等，从而可以控制相应地开关器件处于导通状态或者关断状态。
基于图4所示的非隔离型五电平逆变器，本发明实施例还提供了一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抵制策略，控制五电平逆变在各工作状态，分别导通第一电路、第二电路、续流电路和全桥电路中的部分开关器件，以使电流通路能够保持非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。漏电流抵制策略如表1所示。
表1各开关器件的开关状态表
表1中，状态“1”表示对应的开关器件为导通状态，状态“0”表示对应的开关器件为关断状态。
表2中，+4代表输出电压为VPN，+2代表输出电压为VPN/2，0代表输出电压为0，-2代表输出电压为-VPN/2，-4代表输出电压为-VPN。
表2输出电压与电容状态
基于上述漏电流抵制策略，本实施例中非隔离型五电平逆变器在每个工作周期内至少包括：
第一工作状态A：在第一工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为电池电压VPN，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为公共电压0，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN且所述共模电压保持为所述VPN/2。
参见图5，控制器分别向第一开关器件T1、第二开关器件T2、第六开关器件T6、第七开关器件T7、第八开关器件T8和第十一开关器件T11输出逻辑高电平，使开关器件T1、T2、T6、T7、T8和T11导通，其它开关器件关断，电流正向流通。需要说明的是，图5中导通的开关器件采用实线表示，而关断的开关器件采用虚线表示，后续各工作状态采用相同的表示方式。继续参见图5，电流流通路径为：电池PV的正极P→第一开关器件T1→第二开关器件T2→第八开关器件T8→第十一开关器件T11→第六开关器件T6→第七开关器件T7→电池PV的负极N，第一电容C1和第二电容C2没有电流流通，即无充放电过程，电容C1和C2电压保持恒定。在第一工作状态下，全桥电路14中第一桥臂的输出电压为VPN，第二桥臂的输出电压为0，逆变器的共模电压为VPN/2。
当电流反向时，通过第七开关器件T7中续流二极管D7，第六开关器件T6中续流二极管D6，第十一开关器件T11中续流二极管D11，第八开关器件T8中续流二极管D8，第二开关器件T2中续流二极管D2和第一开关器件T1中续流二极管D1构成通路，输出电压为VPN。
第二工作状态B：在第二工作状态，分别导通第一电路11、第二电路12和全桥电路14中的部分开关器件，以使全桥电路14中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，全桥电路14中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN/2且共模电压保持为所述VPN/2。
参见图6，控制器分别导通第一开关器件T1、第三开关器件T3、第五开关器件T5、第七开关器件T7、第八开关器件T8、第十一开关器件T11，第三开关器件T3中的续流二极管D3和第五开关器件T5中的续流二极管D5导通，其它开关器件关断，电流正向流通。继续参见图6，电流流通路径为：电池PV的正极P→第一开关器件T1→第一电容C1→第三开关器件T3中的续流二极管D3→第八开关器件T8→第十一开关器件T11→第五开关器件T5中的续流二极管D5→第二电容C2→第七开关器件T7→电池PV的负极N，第一电容C1和第二电容C2流过相同的电流且均处于充电状态。在第二工作状态下，第一桥臂输出电压为3VPN/4，第二桥臂输出电压为VPN/4，逆变器输出电压为VPN/2且共模电压为VPN/2。
当电流反向时，电流通过第七开关器件T7中续流二极管D7，第五开关器件T5，第十一开关器件T11中续流二极管D11，第八开关器件T8中续流二极管D8，第三开关器件T3，第一开关器件T1中续流二极管D1构成通路，输出电压为VPN/2。
需要说明的是，本实施例中第二工作状态B下，控制器未考虑电流过零点的情况，从而控制更简单方便。当然，在控制器能够准确获取电流过零点的情况下，在第二工作状态B下，控制器可以在电流正向时，导通第一开关器件T1、第七开关器件T7、第八开关器件T8和第十一开关器件T11；而在电流反向时导通第三开关器件T3和第五开关器件T5。换言之，电流正向回路中包括一部分续流二极管(D3和D5)和控制器主动导通的一些开关器件(T1，T7，T8和T11)，而电流反向回路中则包括控制器主动导通电流正向回路中续流二极管对应的开关器件(T3和T5)以及电流正向回路中导通的开关器件中的续流二极管(D1，D7，D8和D11)。这样同样可以实现本申请的方案。为简化说明，后续各工作状态以不考虑电流过零点的场景进行说明。
第三工作状态C：在第三工作状态，分别导通第一电路11、第二电路12和全桥电路14中的部分开关器件，以使全桥电路14中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，全桥电路14中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN/2且共模电压保持为所述VPN/2。
参见图7，控制器分别控制第二开关器件T2、第四开关器件T4、第六开关器件T6、第八开关器件T8和第十一开关器件T11导通，续流电路13中第四开关器件T4的续流二极管D4续流，其它开关器件处于断开状态，第一电容C1和第二电容C2参与工作，电流正向流通。继续参见图7，电流流通路径为：节点B→第十一开关器件T11→第六开关器件T6→第二电容C2→第四开关器件T4的续流二极管D4→第一电容C1→第二开关器件T2→第八开关器件T8→节点A，第一电容C1和第二电容C2流过负向电流，均处于放电状态。在该第三工作状态下，交流系统侧与电池隔离，桥电路中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，逆变器输出电压为VPN/2，共模电压保持VPN/2。
当电流反向时，电流通过第六开关器件T6的续流二极管D6，第十一开关器件T11中续流二极管D11，第八开关器件T8中续流二极管D8，第二开关器件T2中续流二极管D2和第四开关器件T4构成通路，输出电压为VPN/2。
第四工作状态D：在第四工作状态，导通全桥电路中的部分开关器件，以使非隔离型五电平逆变器的输出电压为0且共模电压保持为VPN/2不变。
参见图8，控制器分别控制第三开关器件T3，第四开关器件T4、第五开关器件T5、第八开关器件T8和第十一开关器件T11导通，第三开关器件T3中续流二极管D3、第四开关器件T4中续流二极管D4、第五开关器件T5中续流二极管D5导通续流，其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2不参与工作，电流正向流通。继续参见图8，电流流通路径为节点B→第十一开关器件T11→第五开关器件T5中续流二极管D5→第四开关器件T4中续流二极管D4→第三开关器件T3中续流二极管D3→第八开关器件T8→节点A。在该第四工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，逆变器输出电压为0，共模电压保持VPN/2不变。
当电流反向时，电流通过第三开关器件T3，第四开关器件T4，第五开关器件T5，第十一开关器件T11续流二极管D11和第八开关器件T8中续流二极管D8构成通路，输出电压为0。
第五工作状态E：在第五工作状态，导通全桥电路14中的部分开关器件，以使电池PV和交流系统侧隔离，非隔离型五电平逆变器的输出电压为0且共模电压保持为VPN/2。
参见图9，控制器分别控制第三开关器件T3、第四开关器件T4、第五开关器件T5、第九开关器件T9和第十开关器件T10导通，第三开关器件T3中续流二极管D3、第四开关器件T4中续流二极管D4、第五开关器件T5中续流二极管D5导通续流，其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2不参与工作，电流反向流通。继续参见图9，流通路径为：节点A→第十开关器件T10→第五开关器件T5中续流二极管D5→第四开关器件T4中续流二极管D4→第三开关器件T3中续流二极管D3→第九开关器件T9→节点B。在该第五工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，逆变器输出电压为0，共模电压保持VPN/2不变。
当电流正向时，电流通过第三开关器件T3，第四开关器件T4，第五开关器件T5，第十开关器件T10中续流二极管D10和第九开关器件T9中续流二极管D9构成通路，输出电压为0。
第六工作状态F：在第六工作状态，分别导通第一电路11、第二电路12和全桥电路14中的部分开关器件，以使第一电路11的输出电压为VPN/4，第二电路的输出电压为3VPN/4，非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN/2且共模电压保持为VPN/2。
参见图10，控制器分别控制第一开关器件T1、第三开关器件T3、第五开关器件T5、第七开关器件T7、第九开关器件T9和第十开关器件T10导通，第三开关器件T3中续流二极管D3和第五开关器件T5中续流二极管D5导通续流，其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2参与工作，电流反向流通。继续参见图10，电流流通路径为：电池PV的正极P→第一开关器件T1→第一电容C1→第三开关器件T3中续流二极管D3→第九开关器件T9→第十开关器件T10→第五开关器件T5中续流二极管D5→第二电容C2→第二开关器件T7→电池PV的负极N，第一电容C1和第二电容C2均处于充电过程。在该第六工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，全桥电路中的第一桥臂的输出电压为VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为3VPN/4，逆变器的输出电压为-VPN/2，且共模电压保持VPN/2不变。
当电流正向时，电流通过第七开关器件T7中续流二极管D7，第五开关器件T5，第十开关器件T10中续流二极管D10，第九开关器件T9中续流二极管D9，第三开关器件T3，第一开关器件T1中续流二极管D1构成通路，输出电压为-VPN/2。
第七工作状态G：在第七工作状态，分别导通第一电路、第二电路和全桥电路中的部分开关器件，以使全桥电路中的第一桥臂的输出电压为VPN/4，全桥电路中的第二桥臂的输出电压为3VPN/4，非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN/2且所述电压保持为所述VPN/2。
参见图11，控制器分别控制第二开关器件T2、第四开关器件T4、第六开关器件T6、第九开关器件T9和第十开关器件T10导通，第四开关器件T4中续流二极管D4导通续流，其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2参与工作，电流反向流通。继续参见图11，电流流通路径为：节点A→第十开关器件T10→第六开关器件T6→第二电容C2→第四开关器件T4中续流二极管D4→第一电容C1→第二开关器件T2→第九开关器件T9→节点B，流经第一电容C1和第二电容C2电流反向，第一电容C1和第二电容C2放电。在该第七工作状态下，第一桥臂输出电压为VPN/4，第二桥臂输出电压为3VPN/4，因此逆变器的输出电压为-VPN/2且共模电压为VPN/2。
当电流正向时，电流通过第二开关器件T2中续流二极管D2，第四开关器件T4，第六开关器件T6中续流二极管D6，第十开关器件T10中续流二极管D10，第九开关器件T9中续流二极管D9构成通路，输出电压为-VPN/2。
第八工作状态H：在第八工作状态，分别导通第一电路、第二电路和全桥电路中的部分开关器件，以使全桥电路中的第一桥臂的输出电压为0，全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN，非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN且共模电压保持为所述VPN/2。
参见图12，控制器分别控制第一开关器件T1、第二开关器件T2、第六开关器件T6、第七开关器件T7、第九开关器件T9和第十开关器件T10导通，其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2不参与工作，电流反向流通。继续参见图12，电流流通路径为：电池PV的正极P→第一开关器件T1→第二开关器件T2→第九开关器件T9→第十开关器件T10→第六开关器件T6→第七开关器件T7→电池PV的负极N。在该第八工作状态，第一桥臂输出电压为0，第二桥臂输出电压为VPN，逆变器输出电压为输出电压为-VPN且共模电压为VPN/2。
当电流正向时，通过第七开关器件T7中续流二极管D7，第六开关器件T6中续流二极管D6，第十开关器件T10中续流二极管D10，第九开关器件T9中续流二极管D9，第二开关器件T2中续流二极管D2和第一开关器件T1中续流二极管D1构成通路，输出电压为-VPN。
从第一工作状态A～第八工作状态H可知，非隔离型五电平逆变器的共模电压均能保持在VPN/2，从而保证逆变器不会产生漏电流。另外，本实施例中非隔离型五电平逆变器在第三工作状态C和第七工作状态G时输出电压分别为VPN/2和-VPN/2，由于工作状态C和G下，第一电容C1和第二电容C2中的电流方向相反，因此第一电容C1和第二电容C2既有充电过程又有放电过程，最终达第一电容C1和第二电容C2两端电压恒定，从而达到钳位的目的。
参见图13，本实施例中采用载波同向层叠(PD)调制，且工作状态B和工作状态D的组合以及工作状态C和工作状态D的组合输出+1电平，其中第二工作状态B使第一电容C1和第二电容C2充电，第三工作状态C使第一电容C1和第二电容C2放电，第四工作状态D无电容参与工作，最终使得第一电容C1和第二电容C2电压达到平衡。当逆变器输出+2电平时，采用第一工作状态A和第二工作状态B的组合以及第一工作状态A和第三工作状态C的组合，同样能使得第一电容C1和第二电容C2电压平衡且能保证共模电压恒定。其他模态工作原理与上述一致，逆变器的输出电压和各电容的状态请参考表2。
另外，在纯有功条件下，在图4所示逆变器电路的基础上，第三开关器件T3、第四开关器件T4和第五开关器件T5中可以仅保留第三开关器件T3中的续流二极管D3、第四开关器件T4中的续流二极管D4和第五开关器件T5中的续流二极管D5，同样可以达到上述图4～图13所示逆变器的技术效果，具体内容可参考上述各实施例的内容，在此不再赘述。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种非隔离型五电平逆变器，其特征在于，包括：第一电路、第二电路、续流电路和全桥电路；其中，
所述第一电路的第一端与电池的正极连接，所述第一电路的第二端与所述续流电路的第一端连接；
所述第二电路的第一端与所述续流电路的第二端连接，所述第二电路的第二端与所述电池的负极连接；
所述全桥电路的第一端和第三端分别与所述第一电路和所述第二电路连接，所述全桥电路的第二端和第四路连接交流系统侧；
在各工作状态，所述第一电路、所述第二电路、所述续流电路和所述全桥电路中的部分开关器件导通后，所形成的电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。
2.根据权利要求1所述的非隔离型五电平逆变器，其特征在于，所述第一电路包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第一电容；所述续流电路包括第四开关器件；所述第二电路包括第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件和第二电容；其中，
所述第一开关器件的第一端与所述第一电路的第一端连接，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接；
所述第三开关器件的第一端与所述第二开关器件的第二端连接，所述第三开关器件的第二端与所述续流电路的第一端连接；
所述第一电容的第一极与所述第二开关器件的第一端连接，所述第一电容的第二极与所述第三开关器件的第二端连接；
所述第四开关器件的第一端与所述续流电路的第一端连接；所述第四开关器件的第二端与所述续流电路的第二端连接；
所述第五开关器件的第一端与所述第二电路的第一端连接，所述第五开关器件的第二端与所述第六开关器件的第一端连接；
所述第七开关器件的第一端与所述第六开关器件的第二端连接，所述第七开关器件的第二端与所述第二电路的第二端连接；
所述第二电容的第一极与所述第二电路的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述第七开关器件的第一端连接。
3.根据权利要求2所述的非隔离型五电平逆变器，其特征在于，所述全桥电路包括第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件和第十一开关器件；
所述第八开关器件的第一端与所述第二开关器件的第二端连接，所述第八开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接于所述全桥电路的第一端；
所述第九开关器件的第一端与所述第八开关器件的第一端连接于所述全桥电路的第二端，所述第九开关器件的第二端与所述第十一开关器件的第一端连接于所述全桥电路的第四端；
所述第十开关器件的第二端与所述第十一开关器件的第二端连接于所述全桥电路的第三端；
所述第八开关器件和所述第十开关器件构成第一桥臂，所述第九开关器件和所述第十一开关器件构成第二桥臂。
4.根据权利要求2所述的非隔离型五电平逆变器，其特征在于，在纯有功条件下，所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件分别采用中仅保留续流二极管。
5.一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抑制策略，其特征在于，应用于权利要求1～4任一项所述的非隔离型五电平逆变器，包括：
在各工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路、所述续流电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使电流通路能够保持所述非隔离型五电平逆变器的共模电压为恒定值。
6.根据权利要求5所述的漏电流抑制策略，其特征在于，还包括：
在第一工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为电池电压VPN，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为公共电压0，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第二工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN/2且所述共模电压保持为所述VPN/2。
7.根据权利要求5所述的漏电流抑制策略，其特征在于，还包括：
在第三工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为3VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为VPN/2且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第四工作状态，导通所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为0且所述共模电压保持为所述VPN/2。
8.根据权利要求5所述的漏电流抑制策略，其特征在于，还包括：
在第五工作状态，导通所述全桥电路中的部分开关器件，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为0且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第六工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为3VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN/2且所述共模电压保持为VPN/2。
9.根据权利要求5所述的漏电流抑制策略，其特征在于，还包括：
在第七工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为VPN/4，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为3VPN/4，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN/2且所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第八工作状态，分别导通所述第一电路、所述第二电路和所述全桥电路中的部分开关器件，以使所述全桥电路中的第一桥臂的输出电压为0，所述全桥电路中的第二桥臂的输出电压为VPN，所述非隔离型五电平逆变器的输出电压为-VPN且所述共模电压保持为所述VPN/2。
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