CN109361322A - 非隔离型五电平逆变器及其漏电流抵制策略 - Google Patents

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CN109361322A CN201811302358.4A CN201811302358A CN109361322A CN 109361322 A CN109361322 A CN 109361322A CN 201811302358 A CN201811302358 A CN 201811302358A CN 109361322 A CN109361322 A CN 109361322A
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Abstract

本发明提供了一种非隔离型五电平逆变器及其漏电流抑制策略。非隔离型五电平逆变器包括：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，第一桥臂并联于电池，第二桥臂并联于电池，第一续流回路分别与第一桥臂和第二桥臂连接，第二续流回路分别与第一桥臂和第二桥臂连接；在续流阶段，第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和/或第二续流回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。本发明实施例中提供了一种五电平拓扑结构和漏电流抑制策略，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。

Description

非隔离型五电平逆变器及其漏电流抵制策略
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种非隔离型五电平逆变器及其漏电流抑制策略。
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器件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器件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。该拓扑中开关器件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，易于延长开关器件的工作寿命。
相比全桥H4拓扑，H5拓扑仅增加了一个开关器件便达到了抑制漏电流的目的。但S5在整个电网周期始终处于高频调制状态，要承受很高的导通损耗和开关损耗，这增加了器件散热设计难度。Heric拓扑结构的主要缺点是有太多开关，从而需要更复杂的转换器。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抵制策略，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：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，所述第一桥臂并联于电池，所述第二桥臂并联于所述电池，所述第一续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接，所述第二续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接；
在续流阶段，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回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，所述第一桥臂包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和第一电容；所述第二桥臂包括第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八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电池的正极连接，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；
所述第二开关器件的第二端与所述第三开关器件的第一端连接；
所述第三开关器件的第二端与所述第四开关器件的第一端连接，所述第四开关器件的第二端与所述电池的负极连接；
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；
所述第五开关器件的第一端与所述电池的正极连接，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；
所述第六开关器件的第二端与所述第七开关器件的第一端连接；
所述第七开关器件的第二端与所述第八开关器件的第一端连接，所述第八开关器件的第二端与所述电池的负极连接；
所述第二电容的第一极与所述第六开关器件的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述第七开关器件的第二端连接。
可选地，所述第一续流回路包括第九开关器件和第十开关器件；所述第二续流回路包括第十一开关器件和第十二开关器件；其中，
所述第九开关器件的第一端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接；
所述第十开关器件的第二端与所述第七开关器件的第二端连接；
所述第十一开关器件的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第十一开关器件的第二端与所述第十二开关器件的第一端连接；
所述第十二开关器件的第二端与所述第五开关器件的第二端连接。
可选地，所述第一续流回路包括第一续流桥和第九开关器件，所述第二续流回路包括第二续流桥和第十开关器件；其中，
所述第一续流桥的第一端与所述第一开关器件的第二端连接，所述第一续流桥的第三端与所述第七开关器件的第二端连接；
所述第一续流桥的第二端与所述第九开关器件的第一端连接，所述第一续流桥的第四端与所述第九开关器件的第二端连接；
所述第二续流桥的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第二续流桥的第三端与所述第六开关器件的第一端连接；
所述第二续流桥的第二端与所述第十开关器件的第一端连接，所述第二续流桥的第四端与所述第十开关器件的第二端连接。
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抵制策略，应用于第一方面所述的非隔离型五电平逆变器，包括：
在续流阶段，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回路中的部分开关器件，以使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，所述策略还包括：
在第一工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为电池电压VPN、所述第二桥臂的输出电压为公共电压0和所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第二工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为3VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为VPN/4和所述共模电压为VPN/2。
可选地，所述策略还包括：
在第三工作状态，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第二续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为3VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为VPN/4和所述共模电压为VPN/2；或者，
在第四工作状态，导通所述第二续流回路的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/2、所述第二桥臂的输出电压为VPN/2和所述共模电压为VPN/2。
可选地，所述策略还包括：
在第五工作状态，导通所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/2、所述第二桥臂的输出电压为VPN/2和所述共模电压为VPN/2；或者，
在第六工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为3VPN/4和所述共模电压为VPN/2。
可选地，所述策略还包括：
在第七工作状态，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为3VPN/4和所述共模电压为VPN/2；或者，
在第八工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为0、所述第二桥臂的输出电压为VPN和所述共模电压为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，解决了钳位电容电压平衡问题，在一个开关周期内，电容充放电时间相等，电压得以平衡，有利于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为本发明另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，默认各开关器件上并联一个续流二极管，例如第一开关器件T1上并联一个续流二极管D1，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。
另需要说明的是，本实施例中共模电压为第一桥臂和第二桥臂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：第一桥臂11、第二桥臂12、第一续流回路13和第二续流回路14；其中，第一桥臂11并联于电池PV，第二桥臂12并联于电池PV，第一续流回路13分别与第一桥臂11和第二桥臂12连接，第二续流回路14分别与第一桥臂11和第二桥臂12连接；
在续流阶段，第一桥臂11、第二桥臂12、第一续流回路13和/或第二续流回路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。
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，第一桥臂11包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第四开关器件T4和第一电容C1；第二桥臂12包括第五开关器件T5、第六开关器件T6、第七开关器件T7、第八开关器件T8和第二电容C2；其中，
第一开关器件T1的第一端T11(采用较小字号表示)与电池PV的正极(采用+表示)连接，第一开关器件T1的第二端T12与第二开关器件T2的第一端T21连接；
第二开关器件T2的第二端T22与第三开关器件T3的第一端T31连接；
第三开关器件T3的第二端32与第四开关器件T4的第一端T41连接，第四开关器件T4的第二端42与电池PV的负极(采用-表示)连接；
第一电容C1的第一极C11与第二开关器件T2的第一端T21连接，第一电容C1的第二极C12与第三开关器件T3的第二端T32连接。
继续参见图4，第二桥臂12包括第五开关器件T5、第六开关器件T6、第七开关器件T7、第八开关器件T8和第二电容C2。其中，
第五开关器件T5的第一端T51与电池PV的正极连接，第五开关器件T5的第二端T51与第六开关器件T6的第一端T61连接；
第六开关器件T6的第二端T62与第七开关器件T7的第一端T71连接；
第七开关器件T7的第二端T72与第八开关器件T8的第一端T81连接，第八开关器件T8的第二端T82与电池PV的负极连接；
第二电容C2的第一极C21与第六开关器件T6的第一端T61连接，第二电容C2的第二极C22与第七开关器件T7的第二端T72连接。
继续参见图4，第一续流回路13包括第九开关器件T9和第十开关器件T10；第二续流回路14包括第十一开关器件T11和第十二开关器件T12；其中，
所述第九开关器件T9的第一端T91与第二开关器件T2的第一端T21连接，第九开关器件T9的第二端T92与第十开关器件T10的第一端101连接；
第十开关器件T10的第二端T102与第七开关器件T7的第二端T72连接；
第十一开关器件T11的第一端T111与第三开关器件T3的第二端T32连接，第十一开关器件T11的第二端T112与第十二开关器件T12的第一端T121连接；
第十二开关器件T12的第二端T121与第五开关器件T5的第二端T52连接。
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。
另需要说明的是，第一桥臂11中第二开关器件T2的第二端T21与第六开关器件T6的第二端T61之间还可以并联交流系统侧的电路，该交流系统侧的电路可以为第一电感L1、第二电感L2交流负载(如电网)G，本实施例中对交流系统侧的电路不作限定，后续以交流系统侧进行说明。
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～T12的控制端(T1～T12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，通过在续流阶段，分别导通第一桥臂11、第二桥臂12、第一续流回路13和/或第二续流回路14中的部分开关器件，以使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，漏电流抵制策略如表1所示以及逆变器中输出电压状态如表2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输出电压与电容状态
表中，+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。
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，分别导通第一桥臂和第二桥臂的部分开关器件，以使第一桥臂的输出电压为电池电压VPN、第二桥臂的输出电压为公共电压0和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、第七开关器件T7和第八开关器件T8输出逻辑高电平，电流正向流通，从而使开关器件T1、T2、T7和T8导通，而其它开关器件关断，得到如图5所示的电流通路。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，电流路径为：电池PV的正极P→第一开关器件T1→第二开关器件T2→交流系统侧(L1、G、L2)→第七开关器件T7→第八开关器件T8→电池PV的负极N。这样，在第一工作状态，第一电容C1和第二电容C2没有电流流通，即C1和C2无充放电过程，两者的电压保持恒定。并且，在第一工作状态下，第一桥臂11输出电压为电池PV的电压VPN，第二桥臂12输出电压为公共电压(例如0V，即接地)，逆变器的输出电压为VPN，因此共模电压为VPN/2。
当电流反向时，开关器件T1、T2、T7和T8中对应的续流二极管D1、D2，D7和D8同样只可以构成通路，输出电压仍为VPN。
第二工作状态B：在第二工作状态，分别导通第一桥臂和第二桥臂的部分开关器件，以使第一桥臂的输出电压为3VPN/4、第二桥臂的输出电压为VPN/4和共模电压为VPN/2。
参见图6，控制器分别向第一开关器件T1、第三开关器件T3、第六开关器件T6和第八开关器件T8输出逻辑高电平，电流正向流通，从而使开关器件T1、T3、T6和T8导通，而其它开关器件关断，得到如图6所示的电流通路。继续参见图6，电流路径为：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→交流系统侧(L1、G、L2)→第六开关器件T6中的续流二极管D6→第二电容C2→第八开关器件T8→电池PV的负极N。这样，在第二工作状态，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。并且，在第二工作状态下，第一桥臂11输出电压为3VPN/4，第二桥臂12输出电压为VPN/4，逆变器的输出电压为VPN/2，因此共模电压为VPN/2。
当电流反向时，电流通过第八开关器件T8的续流二极管D8、第六开关器件T6、第三开关器件T3和第一开关器件T1的续流二极管D1构成通路，输出电压仍为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和第八开关器件T8；而在电流反向时导通第三开关器件T3和第六开关器件T6。换言之，电流正向回路中包括一部分续流二极管(D3和D6)和控制器主动导通的一些开关器件(T1和T8)，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T6)以及电流正向回路中导通的开关器件中的续流二极管(D1和D8)。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，分别导通第一桥臂、第二桥臂和第二续流回路中的部分开关器件，以使非隔离型五电平逆变器隔离交流系统侧和电池且共模电压为VPN/2。
参见图7，控制器分别向第二开关器件T2、第七开关器件T7、第十一开关器件T11和第十二开关器件T12输出逻辑高电平，电流正向流通，从而使开关器件T2、T7、T11和T12导通而其它开关器件关断，且第一电容C1和第二电容串联，得到如图7所示的电流通路。继续参见图7，电流路径为：节点B→第七开关器件T7→第二电容C2→第十二开关器件T12→第十一开关器件T11中的续流二极管D11→第一电容C1→第二开关器件T2→节点A。这样，在第三工作状态，第一电容C1和第二电容C2流过负向电流，且均处于放电状态。并且，在第三工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，第一桥臂11输出电压为3VPN/4，第二桥臂12输出电压为VPN/4，因此逆变器的输出电压为VPN/2，共模电压为VPN/2。
当电流反向时，电流通过第二开关器件T2的续流二极管D2、第十一开关器件T11、第十二开关器件T12的续流二极管D12和第七开关器件T7的续流二极管D7构成通路，逆变器的输出电压仍为VPN/2。
第四工作状态D：在第四工作状态，导通所述第二续流回路的部分开关器件，以使所述非隔离型五电平逆变器隔离交流系统侧和电池且所述共模电压为VPN/2。
参见图8，控制器向第十二开关器件T12、第三开关器件T3、第六开关器件T6和第十一开关器件T11输出逻辑高电平，电流正向流通，从而使开关器件T3、T6、T11和T12导通而其它开关器件关断，得到如图8所示的电流通路。继续参见图8，电流路径为：节点B→第六开关器件T6中的续流二极管D6→第十二开关器件T12→第十一开关器件T11中的续流二极管D11→第三开关器件T3中的续流二极管D3→节点A。这样，在第四工作状态，第一电容C1和第二电容C2不参与工作，且均无充放电状态。并且，在第四工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，第一桥臂11输出电压为VPN/2，第二桥臂12输出电压为VPN/2，因此逆变器的输出电压为0，共模电压为VPN/2。
当电流反向时，电流通过第三开关器件T3，第十一开关器件T11，第十二开关器件T12中的续流二极管D12，第六开关器件T6构成通路，逆变器的输出电压为0。
第五工作状态E：在第五工作状态，导通所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述非隔离型五电平逆变器隔离交流系统侧和电池且所述共模电压为VPN/2。
参见图9，控制器向第二开关器件T2、第七开关器件T7、第九开关器件T9和第十开关器件T10，输出逻辑高电平，电流反向流通，从而使T2、T7、T9和T10导通而其它开关器件关断，得到如图9所示的电流通路。参见图9，电流路径为：节点A→第二开关器件T2中的续流二极管D2→第九开关器件T9→第十开关器件T10中的续流二极管D10→第七开关器件T7中的续流二极管D7→节点B。这样，在第五工作状态，第一电容C1和第二电容C2不参与工作，且均无充放电状态。并且，在第五工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，第一桥臂11输出电压为VPN/2，第二桥臂12输出电压为VPN/2，因此逆变器的输出电压为0，共模电压为VPN/2。
当电流正向时，电流通过第七开关器件T7，第十开关器件T10，第九开关器件T9中的续流二极管D9和第二开关器件T2构成通路，逆变器的输出电压为0。
第六工作状态F：在第六工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂中的部分开关器件，以使所述非隔离型五电平逆变器隔离交流系统侧和电池且所述共模电压为VPN/2。
参见图10，控制器向第二开关器件T2、第四开关器件T4、第五开关器件T5和第七开关器件T7输出逻辑高电平，电流反向流通，从而使T2、T4、T5和T7导通而其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2参与工作，得到如图10所示的电流通路。参见图10，电流路径为：电池PV的正极P→第五开关器件T5→第二电容C2→第七开关器件T7中的续流二极管D7→第二开关器件T2中的续流二极管D2→第一电容C1→第四开关器件T4→电池PV的负极N。这样，在第六工作状态，第一电容C1和第二电容C2均处于充电过程。并且，在第六工作状态下，交流系统侧与光伏电池板隔离，因此逆变器的输出电压为-VPN/2，共模电压为VPN/2。
当电流正向时，电流通过第四开关器件T4中的续流二极管D4，第二开关器件T2，第七开关器件T7，第五开关器件T5中的续流二极管D5构成通路，逆变器的输出电压为-VPN/2。
第七工作状态G：在第七工作状态，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为3VPN/4和所述共模电压为VPN/2。
参见图11，控制器向第三开关器件T3、第六开关器件T6、第九开关器件T9和第十开关器件T10输出逻辑高电平，电流反向流通，从而使T3、T6、T9和T10导通而其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2参与工作，得到如图11所示的电流通路。继续参见图11，电流路径为：节点A→第三开关器件T3→第一电容C1→第九开关器件T9→第十开关器件T10中的续流二极管D10→第二电容C2→第六开关器件T9→节点B。这样，在第七工作状态，第一电容C1和第二电容C2均流过反向电流，且均处于充电过程。并且，在第七工作状态下，第一桥臂11输出电压VPN/4，第二桥臂12输出电压3VPN/4，因此逆变器的输出电压为-VPN/2，共模电压为VPN/2。
当电流正向时，电流通过第六开关器件T6中续流二极管D6，第十开关器件T10，第九开关器件T9中的续流二极管D9，第三开关器件T3中的续流二极管D3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，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为所述公共电压、所述第二桥臂的输出电压为VPN和所述共模电压为VPN/2。
参见图12，控制器向第三开关器件T3、第四开关器件T4、第五开关器件T5和第六开关器件T6输出逻辑高电平，从而使T3、T4、T5和T6导通而其它开关器件关断，第一电容C1和第二电容C2不参与工作，电流反向流通，得到如图12所示的电流通路。参见图12，电流路径为：电池PV的正极P→第五开关器件T5→第六开关器件T6→交流系统侧→第三开关器件T3→第四开关器件T4→电池PV的负极N。这样，在第八工作状态，第一电容C1和第二电容C2无充放电过程。并且，在第八工作状态下，第一桥臂11输出电压为0，第二桥臂12输出电压VPN，因此逆变器的输出电压为-VPN，共模电压为VPN/2。
当电流正向时，通过第四开关器件T4中续流二极管D4，第三开关器件T3中续流二极管D3，第六开关器件T6中续流二极管D6，第五开关器件T5中续流二极管D5构成通路，输出电压为-VPN。
参见图4～图12以及逆变器的各工作状态，可知，本实施例中逆变器在工作状态C、D、E、F中的续流回路由反向串联的开关器件构成，包括：当续流通路1有正向电流流通时，由第九开关器件T9和第十开关器件T10中的续流二极管D10提供续流通路。当第一续流通路13有反向电流流通时，由第十开关器件T10和第九开关器件T9中的续流二极管D9提供续流通路。当第二续流通路14有正向电流流通时，由第十一开关器件T11和第十二开关器件T12中的续流二极管D12提供续流通路。当第一续流通路13有反向电流流通时，由第十二开关器件T12和十一开关器件T11中的续流二极管D11提供续流通路。
继续参见图13，本实施例中采用载波同向层叠(PD)调制，采用第二工作状态B和第四工作状态D组合，以及第三工作状态C和第四工作状态D的组合输出+1电平，其中第二工作状态B使C1和C2充电，第三工作状态C使C1和C2放电，第四工作状态D模态无电容参与工作，最终使得C1和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，同样能使得电容C1和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。
参见图13，本实施例中非隔离型五电平逆变器中增加了两路双向开关，这样非隔离型五电平逆变器在输出电压为VPN/2和-VPN/2的工作状态(即工作状态C和工作状态G)时，第一电容C1和第二电容C2中的电流方向相反，即第一电容C1和第二电容C2既有充电过程又和放电过程，这样可以保证第一电容C1和第二电容C2的两端电压恒定。
另外，本实施例中非隔离型五电平逆变器的共模电压在各个工作状态(第一工作状态至第八工作状态)中均为VPN/2，这样交流系统侧不会产生漏电流。
在另一实施例中，本实施例还提供了一种非隔离型五电平逆变器，参见图14，该非隔离型五电平逆变器与图4所示非隔离型五电平逆变器的区别在于，第一续流回路13包括第九开关器件T9和第一续流桥，其中第一续流桥包括第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13和第十四二极管D14；第十一二极管D11的阳极与第一开关器件T1的第二端T22连接于第一续流桥的第一端，第十一二极管D11的阴极与第十二二极管D12的阴极连接于第一续流桥的第二端；第十二二极管D12的阳极与第十四二极管D14的阴极连接于第一续流桥的第三端，第十四二极管D14的阳极与第十三二极管D13的阳极连接于第一续流桥的第四端，第十三二极管D13的阴极与第一续流桥的第一端连接。
第九开关器件T9的第一端T91与第一续流桥的第二端连接，第九开关器件T9的第二端T92与第一续流桥的第四端连接。
继续参见图14，第二续流回路14包括第十开关器件T10和第二续流桥，其中第二续流桥包括第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17和第十八二极管D18；第十五二极管D15的阳极与第三开关器件T3的第二端T32连接于第二续流桥的第一端，第十五二极管D15的阴极与第十六二极管D16的阴极连接于第二续流桥的第二端；第十六二极管D16的阳极与第十八二极管D18的阴极连接于第二续流桥的第三端，第十八二极管D18的阳极与第十七极管D17的阳极连接于第二续流桥的第四端。
第十开关器件T10的第一端T101与第二续流桥的第二端连接，第十开关器件T10的第二端T102与第二续流桥的第四端连接。
继续参见图14，逆变器在工作状态C、D、E、F中的续流回路由一个开关器件和四个二极管构成，包括：当第一续流通路有正向电流流通时，由第九开关器件T9、第十一二极管D11、第十四二极管D14提供续流通路。当第一续流通路有反向电流流通时，由第九开关器件T9，第十二二极管D12和第十三二极管D13提供续流通路。当第二续流通路有正向电流流通时，由第十开关器件T10，第十五二极管D15，第十八二极管D18提供续流通路。当第一续流通路有反向电流流通时，由第十开关器件T10，第十六二极管D16和第十七二极管D17提供续流通路。
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：第一桥臂、第二桥臂、第一续流回路和第二续流回路；其中，所述第一桥臂并联于电池，所述第二桥臂并联于所述电池，所述第一续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接，所述第二续流回路分别与所述第一桥臂和所述第二桥臂连接；
在续流阶段，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回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，所述第一桥臂包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和第一电容；所述第二桥臂包括第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八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电池的正极连接，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；
所述第二开关器件的第二端与所述第三开关器件的第一端连接；
所述第三开关器件的第二端与所述第四开关器件的第一端连接，所述第四开关器件的第二端与所述电池的负极连接；
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；，
所述第五开关器件的第一端与所述电池的正极连接，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；
所述第六开关器件的第二端与所述第七开关器件的第一端连接；
所述第八开关器件的第二端与所述电池的负极连接；
所述第二电容的第一极与所述第六开关器件的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述第七开关器件的第二端连接。
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，所述第一续流回路包括第九开关器件和第十开关器件；所述第二续流回路包括第十一开关器件和第十二开关器件；其中，
所述第九开关器件的第一端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第九开关器件的第二端与所述第十开关器件的第一端连接；
所述第十开关器件的第二端与所述第七开关器件的第二端连接；
所述第十一开关器件的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第十一开关器件的第二端与所述第十二开关器件的第一端连接；
所述第十二开关器件的第二端与所述第五开关器件的第二端连接。
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，所述第一续流回路包括第一续流桥和第九开关器件，所述第二续流回路包括第二续流桥和第十开关器件；其中，
所述第一续流桥的第一端与所述第一开关器件的第二端连接，所述第一续流桥的第三端与所述第七开关器件的第二端连接；
所述第一续流桥的第二端与所述第九开关器件的第一端连接，所述第一续流桥的第四端与所述第九开关器件的第二端连接；
所述第二续流桥的第一端与所述第三开关器件的第二端连接，所述第二续流桥的第三端与所述第六开关器件的第一端连接；
所述第二续流桥的第二端与所述第十开关器件的第一端连接，所述第二续流桥的第四端与所述第十开关器件的第二端连接。
5.一种非隔离型五电平逆变器的漏电流抵制策略，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：
在续流阶段，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第一续流回路和/或所述第二续流回路中的部分开关器件，以使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。
6.根据权利要求5所述的漏电流抵制策略，其特征在于，所述策略还包括：
在第一工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为电池电压VPN、所述第二桥臂的输出电压为公共电压0和所述共模电压保持为所述VPN/2；或者，
在第二工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为3VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为VPN/4和所述共模电压为VPN/2。
7.根据权利要求5所述的漏电流抵制策略，其特征在于，所述策略还包括：
在第三工作状态，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第二续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为3VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为VPN/4和所述共模电压为VPN/2；或者，
在第四工作状态，导通所述第二续流回路的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/2、所述第二桥臂的输出电压为VPN/2和所述共模电压为VPN/2。
8.根据权利要求5所述漏电流抵制策略，其特征在于，所述策略还包括：
在第五工作状态，导通所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/2、所述第二桥臂的输出电压为VPN/2和所述共模电压为VPN/2；或者，
在第六工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为3VPN/4和所述共模电压为VPN/2。
9.根据权利要求5所述漏电流抵制策略，其特征在于，所述策略还包括：
在第七工作状态，分别导通所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第一续流回路中的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为VPN/4、所述第二桥臂的输出电压为3VPN/4和所述共模电压为VPN/2；或者，
在第八工作状态，分别导通所述第一桥臂和所述第二桥臂的部分开关器件，以使所述第一桥臂的输出电压为0、所述第二桥臂的输出电压为VPN和所述共模电压为VPN/2。
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