CN110460258A - 一类多电平逆变电路拓扑结构 - Google Patents

一类多电平逆变电路拓扑结构 Download PDF

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CN110460258A CN201910775044.4A CN201910775044A CN110460258A CN 110460258 A CN110460258 A CN 110460258A CN 201910775044 A CN201910775044 A CN 201910775044A CN 110460258 A CN110460258 A CN 110460258A
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李永东
徐晓娜
王奎
郑泽东
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Abstract

本发明公开了一类多电平逆变电路拓扑结构，包括：第一开关器件、第二开关器件和多个双向导通开关模块，其中，第一开关器件和第二开关器件均为IGBT反并联二极管；多个双向导通开关模块的每个双向导通开关模块由两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成，或者由两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成，或者由两个双向导通的逆阻型IGBT反并联组成，或者为一个维也纳电路模块，器件选型从外侧向中心成对称分布。该拓扑结构可以减少多电平变换电路的开关器件，降低成本且减小开关损耗，并具有开关器件数量少的优点。

Description

一类多电平逆变电路拓扑结构
技术领域
本发明涉及电工技术中的电力电子及电能变换技术领域，特别涉及一类多电平逆变电路拓扑结构。
背景技术
多电平变换器在高铁、轧钢、风电、太阳能发电等场合应用广泛，其中，两电平和三电平变换器由于结构简单、控制算法成熟，目前在工业领域中应用最多。但是，两电平和三电平变换器的输出电平数少，电压谐波含量高，且耐压能力低，适用于中小功率场合。
四电平及以上的多电平变换器适用于高压大功率的场合。随着电平数的增多，开关器件的数量增加，控制算法更加复杂，直流母线中点电压平衡及悬浮电容电压平衡的控制难度增加。尤其是考虑到各开关管承受压降的统一性，电路中出现了双管串联甚至多管串联的情况，增加了控制的难度，且系统的稳定性降低。
发明内容
本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：
一般来说，实现多电平最简单直接的方法就是多级直流电压源串联，且每级都有可控的独立输出通路，如图1所示。基于这个思想，提出了本发明中的一类四电平/五电平/多电平逆变电路的拓扑结构，每一级只有一个开关器件或开关模块，且随着电力电子开关器件的发展，目前已有能够满足要求的高耐压、低导通损耗的开关器件出现。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一类多电平逆变电路拓扑结构，该拓扑结构可以减少多电平变换电路的开关器件，降低成本且减小开关损耗，并具有开关器件数量少的优点。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一类多电平逆变电路拓扑结构，包括：第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件均为IGBT反并联二极管；多个双向导通开关模块，所述多个双向导通开关模块的每个双向导通开关模块由两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成，或者由两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成，或者由两个双向导通的逆阻型IGBT反并联组成，或者为一个维也纳电路模块，器件选型从外侧向中心成对称分布。
本发明实施例的一类多电平逆变电路拓扑结构，只在直流母线侧有电容，电容的数量为电平数减1，电容电压平衡控制较为简单，且每一级支路上只有一个开关器件或开关模块，大大减少了开关的数量，降低了开关的通态压降和导通损耗，且随着电力电子技术的发展，已经有能够满足耐压要求的开关器件或开关模块出现并使用，具有重要的实用价值。
另外，根据本发明上述实施例的一类多电平逆变电路拓扑结构还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S2和IGBT反并联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S3和IGBT反并联二极管的开关器件S3’。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S2和IGBT串联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S3和IGBT串联二极管的开关器件S3’。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S2和S2’，所述第二双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S3和S3’。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块和所述第二双向导通开关模块均为维也纳电路模块，其中，每个维也纳电路模块包括第一至第四二极管和开关管，当电流流向为正方向时，第一二极管D1、第四二极管D4和开关管Sx1导通；当电流流向为负方向时，第二极管D2、第三二极管D3和开关管Sx1导通。
进一步地，在本发明的一个实施例中，输出电流由直流侧流向交流侧为正方向，且由所述交流侧流向所述直流侧为负方向，S1为第一开关器件、S4为第二开关器件，其中，
若所述输出电压为3E、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第一开关状态，所述S1的IGBT导通，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压2E，所述S4承受反压3E；若所述输出电压为3E、所述输出电流为所述负方向时，则判定为第二开关状态，所述S1的反并联二极管导通，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压2E，所述S4承受反压3E；若所述输出电压为2E、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第三开关状态，所述S2的IGBT和所述S2’的反并联二极管导通，所述S1承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压E，所述S4承受反压2E；若所述输出电压为2E、所述输出电流为所述负方向时，则判定为第四开关状态，所述S2’的IGBT和所述S2反并联二极管导通，所述S1承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压E，所述S4承受反压2E；若所述输出电压为E、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第五开关状态，所述S3的IGBT和所述S3’的反并联二极管导通，所述S1承受反压2E，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S4承受反压E；若所述输出电压为E、输出电流为所述负方向时，则判定为第六开关状态，所述S3’的IGBT和所述S3的反并联二极管导通，所述S1承受反压2E，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S4承受反压E；若所述输出电压为0、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第七开关状态，所述S4的反并联二极管导通，所述S1承受反压3E，所述S2和所述S2’承受反压2E，所述S3和所述S3’承受反压E；若所述输出电压为0、所述输出电流为所述负方向时，则判定为第八开关状态，所述S4的IGBT导通，所述S1承受反压3E，所述S2和所述S2’承受反压2E，所述S3和所述S3’承受反压E。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S2和IGBT反并联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S3和IGBT反并联二极管的开关器件S3’，所述第三双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S4和IGBT反并联二极管的开关器件S4’。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S2和IGBT串联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S3和IGBT串联二极管的开关器件S3’，所述第三双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S4和IGBT串联二极管的开关器件S4’。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S2和S2’，所述第二双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S3和S3’，所述第三双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S4和S4’。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块、所述第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块均为维也纳电路模块，其中，每个维也纳电路模块包括第一至第四二极管和开关管，当电流流向为正方向时，第一二极管D1、第四二极管D4和开关管Sx1导通；当电流流向为负方向时，第二极管D2、第三二极管D3和开关管Sx1导通。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述IGBT开关器件可以为SiC开关器件、GaN开关器件、Mosfet开关器件或IGCT开关器件。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的多级直流电压源串联输出的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的一类多电平逆变电路拓扑结构的结构示意图；
图3为根据本发明实施例第一种四电平逆变电路拓扑的结构示意图；
图4为根据本发明实施例第一种四电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图5为根据本发明实施例第二种四电平逆变电路拓扑的结构示意图；
图6为根据本发明实施例第三种四电平逆变电路拓扑的结构示意图；
图7为根据本发明实施例第四种四电平逆变电路拓扑的结构示意图；
图8为根据本发明实施例维也纳电路的导通模态示意图；
图9为根据本发明实施例第一种五电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图10为根据本发明实施例第二种五电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图11为根据本发明实施例第三种五电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图12为根据本发明实施例第四种五电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图13为根据本发明实施例第一种多电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图14为根据本发明实施例第二种多电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图15为根据本发明实施例第三种多电平逆变电路拓扑的开关模态示意图；
图16为根据本发明实施例第四种多电平逆变电路拓扑的开关模态示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一类多电平逆变电路拓扑结构。
图2是本发明一个实施例的一类多电平逆变电路拓扑结构的结构示意图。
如图2所示，该一类多电平逆变电路拓扑结构10包括：第一开关器件100、第二开关器件200和多个双向导通开关模块300。
其中，第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件和第二开关器件均为IGBT反并联二极管；多个双向导通开关模块，多个双向导通开关模块的每个双向导通开关模块由两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成，或者由两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成，或者由两个双向导通的逆阻型IGBT反并联组成，或者为一个维也纳电路模块，器件选型从外侧向中心成对称分布。本发明实施例的拓扑结构10可以减少多电平变换电路的开关器件，降低成本且减小开关损耗，并具有开关器件数量少的优点。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，第一双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S2和IGBT反并联二极管的开关器件S2’，第二双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S3和IGBT反并联二极管的开关器件S3’。
具体而言，如图3所示，本发明实施例提出的第一种四电平逆变电路的拓扑S1和S4是两个IGBT反并联二极管的开关器件，耐压为3E；S2和S2’、S3和S3’是两组由两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成的双向导通开关模块，耐压为2E。
本发明实施例提出的第一种四电平逆变电路的拓扑，根据输出电压和输出电流的方向，可分为八种开关状态，如图4(a)～(h)所示。定义输出电流由直流侧流向交流侧为正方向，由交流侧流向直流侧为负方向。
当输出电压为3E、输出电流为正方向时，S1的IGBT导通，如图4(a)所示，此时，S2和S2’双向导通开关模块承受反压E，S3和S3’双向导通开关模块承受反压2E，S4承受反压3E；
当输出电压为3E、输出电流为负方向时，S1的反并联二极管导通，如图4(b)所示，此时，S2和S2’双向导通开关模块承受反压E，S3和S3’双向导通开关模块承受反压2E，S4承受反压3E；
当输出电压为2E、输出电流为正方向时，S2的IGBT和S2’的反并联二极管导通，如图4(c)所示，此时，S1承受反压E，S3和S3’双向导通开关模块承受反压E，S4承受反压2E；
当输出电压为2E、输出电流为负方向时，S2’的IGBT和S2的反并联二极管导通，如图4(d)所示，此时，S1承受反压E，S3和S3’双向导通开关模块承受反压E，S4承受反压2E；
当输出电压为E、输出电流为正方向时，S3的IGBT和S3’的反并联二极管导通，如图4(e)所示，此时，S1承受反压2E，S2和S2’双向导通开关模块承受反压E，S4承受反压E；
当输出电压为E、输出电流为负方向时，S3’的IGBT和S3的反并联二极管导通，如图4(f)所示，此时，S1承受反压2E，S2和S2’双向导通开关模块承受反压E，S4承受反压E；
当输出电压为0、输出电流为正方向时，S4的反并联二极管导通，如图4(g)所示，此时，S1承受反压3E，S2和S2’双向导通开关模块承受反压2E，S3和S3’双向导通开关模块承受反压E；
当输出电压为0、输出电流为负方向时，S4的IGBT导通，如图4(h)所示，此时，S1承受反压3E，S2和S2’双向导通开关模块承受反压2E，S3和S3’双向导通开关模块承受反压E。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，第一双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S2和IGBT串联二极管的开关器件S2’，第二双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S3和IGBT串联二极管的开关器件S3’。
具体而言，如图5所示，本发明实施例提出的第二种四电平逆变电路的拓扑，这种拓扑是在本发明实施例提出的第一种拓扑的基础上，将中间的双向导通开关模块由两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成的双向导通开关模块代替。同样，在这种拓扑中，S1和S4是两个IGBT反并联二极管的开关器件，耐压为3E；S2和S2’组成的开关模块、S3和S3’组成的开关模块，这两组双向导通开关模块的耐压为2E。各输出电平和输出电流状态下的开关导通模态与第一种拓扑类似，为避免冗余，在此不再赘述。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，第一双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S2和S2’，第二双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S3和S3’。
具体而言，如图6所示，本发明实施例提出的第三种四电平逆变电路的拓扑。这种拓扑是在本发明实施例提出的第二种拓扑的基础上，将IGBT串联二极管的开关器件替换为一种具有逆向阻断能力的逆阻型IGBT，将两个逆阻型IGBT反并联组成一个可以双向导通的逆阻型IGBT模块。逆阻型IGBT的工作原理与普通IGBT串联二极管相似，具有反向电压阻断能力，可以减少器件的使用，减少了占板面积，同时降低了通态压降和导通损耗。同样，中间的两个双向导通的逆阻型IGBT模块，即S2和S2’组成的开关模块、S3和S3’组成的开关模块的耐压为2E。各输出电平和输出电流状态下的开关导通模态与第一种拓扑类似，为避免冗余，在此不再赘述。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块均可以为维也纳电路模块，其中，每个维也纳电路模块包括第一至第四二极管和开关管，当电流流向为正方向时，第一二极管D1、第四二极管D4和开关管Sx1导通；当电流流向为负方向时，第二极管D2、第三二极管D3和开关管Sx1导通。
具体而言，如图7所示，本发明提出的第四种四电平逆变电路的拓扑。这种拓扑是在本发明实施例提出的第一种拓扑的基础上，将中间的两个双向导通开关模块替换为两个维也纳(Vienna)电路模块。维也纳电路也是一个双向导通开关，当电流流向为正方向时，二极管D1、D4和开关管Sx1导通，开关状态如图8(a)所示；当电流流向为负方向时，二极管D2、D3和开关管Sx1导通，开关状态如图8(b)所示。同样，S1和S4耐压为3E；S2和S2’组成的开关模块、S3和S3’组成的开关模块耐压为2E。各输出电平和输出电流状态下的开关导通模态与第一种拓扑类似，为避免冗余，在此不再赘述。
进一步地，本发明实施例所提出的四电平逆变电路拓扑思想也可以拓展到五电平以及更高电平的逆变电路中。如图9所示，是一个五电平逆变电路的拓扑。其中，S1和S5是两个IGBT反并联二极管的开关器件，耐压为4E；S2和S2’、S3和S3’、S4和S4’是三组由两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成的双向导通开关模块，S2和S2’组成的开关模块、S4和S4’组成的开关模块，这两个模块的耐压为3E，S3和S3’组成的开关模块耐压为2E。
当然，S2和S2’组成的开关模块、S3和S3’组成的开关模块、S4和S4’组成的开关模块，这三个双向导通开关模块也可用IGBT串联二极管的开关器件反并联组成的双向导通开关模块、双向逆阻型IGBT模块、维也纳电路等效代替，分别如图10、图11、图12所示。其中，S2和S2’组成的开关模块、S4和S4’组成的开关模块耐压为3E，S3和S3’组成的开关模块耐压为2E。
将这类拓扑构建的思想拓展到多电平逆变电路中如图13、图14、图15、图16所示。综合四电平、五电平逆变电路拓扑可以知道，对于n电平逆变电路共有n级开关支路，其中，第1级开关支路和第n级开关支路都是单向开关支路，开关器件的耐压都是(n-1)E；第2级开关支路至第(n-1)级开关支路都是双向开关支路，可以用两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成的双向导通开关模块、两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成的双向导通开关模块、两个逆阻型IGBT反并联组成的双向逆阻型开关模块、两个维也纳电路模块作为相应支路上的双向开关，器件选型从外侧向中心呈对称分布，如第2级开关模块和第(n-1)级开关模块的耐压都是(n-2)E，第3级开关模块和第(n-2)级开关模块的耐压都是(n-3)E，依次类推。
本发明实施例中所使用的IGBT开关器件用SiC开关、GaN开关、Mosfet、IGCT等其它开关器件代替同样有效。
综上，本发明实施例提出了四种四电平逆变电路拓扑、四种五电平逆变电路拓扑以及由此推广到的四种多电平逆变电路拓扑。根据上述分析，这四种四电平逆变电路的第1级和第4级开关器件的耐压相同，都是3E；第2级和第3级双向导通开关模块的耐压相同，都是2E，其中，第1级和第4级开关器件分别为第一开关器件和第二开关器件，第2级和第3级双向导通开关模块分别为第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块。四种五电平逆变电路的第1级和第5级开关器件的耐压相同，都是4E；第2级和第4级双向导通模块的耐压相同，都是3E；第3级双向导通开关模块的耐压为2E，其中，第1级和第5级开关器件分别为第一开关器件和第二开关器件，第2级和第4级双向导通开关模块分别为第一双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，第3级双向导通开关模块为第二双向导通开关模块。四种多电平逆变电路的第1级和第n级开关器件的耐压相同，都是(n-1)E；第2级和第(n-1)级双向导通开关模块的耐压相同，都是(n-2)E；第3级和第(n-2)级双向导通开关模块的耐压相同，都是(n-3)E，等等，其中，第1级和第n级开关器件分别为第一开关器件和第二开关器件，第2级和第(n-1)级双向导通开关模块分别为第一双向导通开关模块和第(n-2)双向导通开关模块，第3级和第(n-2)级双向导通开关模块分别为第二双向导通开关模块和第(n-3)双向导通开关模块，等等，n≥4。可以发现，这几种拓扑中的器件选型由外侧向中心呈对称分布。
另外，中间支路的双向开关可以用两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成的双向导通开关模块、两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成的双向导通开关模块、两个逆阻型IGBT反并联组成的双向逆阻型开关模块、两个维也纳电路模块进行替换。这几种拓扑都只在直流母线侧有电容，电容的数量为电平数减1，电容电压平衡控制较为简单，且每一级支路上只有一个开关器件或开关模块，大大减少了开关的数量，降低了开关的通态压降和导通损耗，且随着电力电子技术的发展，已经有能够满足耐压要求的开关器件或开关模块出现并使用，具有重要的实用价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一类多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，包括：
第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件均为IGBT反并联二极管；
多个双向导通开关模块，所述多个双向导通开关模块的每个双向导通开关模块由两个IGBT反并联二极管的开关器件反串联组成，或者由两个IGBT串联二极管的开关器件反并联组成，或者由两个双向导通的逆阻型IGBT反并联组成，或者为一个维也纳电路模块，器件选型从外侧向中心成对称分布。
2.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S2和IGBT反并联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S3和IGBT反并联二极管的开关器件S3’。
3.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S2和IGBT串联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S3和IGBT串联二极管的开关器件S3’。
4.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S2和S2’，所述第二双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S3和S3’。
5.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为四电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块和第二双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块和所述第二双向导通开关模块均为维也纳电路模块，其中，每个维也纳电路模块包括第一至第四二极管和开关管，当电流流向为正方向时，第一二极管D1、第四二极管D4和开关管Sx1导通；当电流流向为负方向时，第二极管D2、第三二极管D3和开关管Sx1导通。
6.根据权利要求2所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，输出电流由直流侧流向交流侧为正方向，且由所述交流侧流向所述直流侧为负方向，S1为第一开关器件、S4为第二开关器件，其中，
若所述输出电压为3E、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第一开关状态，所述S1的IGBT导通，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压2E，所述S4承受反压3E；
若所述输出电压为3E、所述输出电流为所述负方向时，则判定为第二开关状态，所述S1的反并联二极管导通，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压2E，所述S4承受反压3E；
若所述输出电压为2E、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第三开关状态，所述S2的IGBT和所述S2’的反并联二极管导通，所述S1承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压E，所述S4承受反压2E；
若所述输出电压为2E、所述输出电流为所述负方向时，则判定为第四开关状态，所述S2’的IGBT和所述S2反并联二极管导通，所述S1承受反压E，所述S3和所述S3’承受反压E，所述S4承受反压2E；
若所述输出电压为E、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第五开关状态，所述S3的IGBT和所述S3’的反并联二极管导通，所述S1承受反压2E，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S4承受反压E；
若所述输出电压为E、输出电流为所述负方向时，则判定为第六开关状态，所述S3’的IGBT和所述S3的反并联二极管导通，所述S1承受反压2E，所述S2和所述S2’承受反压E，所述S4承受反压E；
若所述输出电压为0、所述输出电流为所述正方向时，则判定为第七开关状态，所述S4的反并联二极管导通，所述S1承受反压3E，所述S2和所述S2’承受反压2E，所述S3和所述S3’承受反压E；
若所述输出电压为0、所述输出电流为所述负方向时，则判定为第八开关状态，所述S4的IGBT导通，所述S1承受反压3E，所述S2和所述S2’承受反压2E，所述S3和所述S3’承受反压E。
7.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S2和IGBT反并联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S3和IGBT反并联二极管的开关器件S3’，所述第三双向导通开关模块包括IGBT反并联二极管的开关器件S4和IGBT反并联二极管的开关器件S4’。
8.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S2和IGBT串联二极管的开关器件S2’，所述第二双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S3和IGBT串联二极管的开关器件S3’，所述第三双向导通开关模块包括IGBT串联二极管的开关器件S4和IGBT串联二极管的开关器件S4’。
9.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S2和S2’，所述第二双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S3和S3’，所述第三双向导通开关模块包括两个双向导通的逆阻型IGBT的开关器件S4和S4’。
10.根据权利要求1所述的多电平逆变电路拓扑结构，其特征在于，所述多电平逆变电路拓扑结构为五电平逆变电路拓扑结构时，所述多个双向导通开关模块包括第一双向导通开关模块、第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块，所述第一双向导通开关模块、所述第二双向导通开关模块和第三双向导通开关模块均为维也纳电路模块，其中，每个维也纳电路模块包括第一至第四二极管和开关管，当电流流向为正方向时，第一二极管D1、第四二极管D4和开关管Sx1导通；当电流流向为负方向时，第二极管D2、第三二极管D3和开关管Sx1导通。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005787A (en) * 1997-11-25 1999-12-21 Denso Corporation Multilevel power converter including switching circuits
CN102594182A (zh) * 2012-02-20 2012-07-18 阳光电源股份有限公司 多电平逆变拓扑单元及多电平逆变器
US20120243273A1 (en) * 2009-11-10 2012-09-27 Universite De Lorraine Multi-level, multi-voltage matrix converter circuit and method for implementing such a circuit
CN107994794A (zh) * 2017-12-29 2018-05-04 重庆大学 一种双t型四电平逆变单元及其应用电路和调制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005787A (en) * 1997-11-25 1999-12-21 Denso Corporation Multilevel power converter including switching circuits
US20120243273A1 (en) * 2009-11-10 2012-09-27 Universite De Lorraine Multi-level, multi-voltage matrix converter circuit and method for implementing such a circuit
CN102594182A (zh) * 2012-02-20 2012-07-18 阳光电源股份有限公司 多电平逆变拓扑单元及多电平逆变器
CN107994794A (zh) * 2017-12-29 2018-05-04 重庆大学 一种双t型四电平逆变单元及其应用电路和调制方法

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