CN110912428A - 多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构。包括电气模组A1‑A6和拆卸开关K1‑K8；第一电气模组A1的第一端与电源连接，第二端通过第一拆卸开关K1、第二拆卸开关K2与第二电气模组A2的第一端连接；第二电气模组A2的第二端与第三电气模组A3的第一端连接；第三电气模组A3的第二端通过第四拆卸开关K4与第四电气模组A4的第一端连接；第四电气模组A4的第二端通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5的第一端连接；第五电气模组A5的第二端通过第七拆卸开关K7、第八拆卸开关K8与第六电气模组A6连接。该结构简化控制模式，有效降低开关通断损耗，消除死区效应。

Description

多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构。
背景技术
随着电力电子变换技术的发展，越来越多的场合更加注重多类型电源综合管理的应用，多电压等级多输出的电力变换系统可以用于高铁配电机房、通信基站配电机房、送变电配电机房等具体实施领域。然而在具有多种电源种类的使用场合中，如何将多电源综合管理、同时降低损耗、提高效率、减少输出波形谐波，都是系统设计人员需要考虑的问题。
多电压等级多输出综合电源的发展应用，可以有效地减少机房配置初期的对于电源的投资，高的可拓展性在后期对于多电平应用拓展十分的便利，从而可以使得输出的正弦电压波形更加平滑。多电压等级电路中，对电力电源的整体空间体积需要得更少，综合使用管理的要求有所降低，这样对于降低成本，维护电路稳定有积极的意义。
当前关于已经提出的多电压等级多输出的电力电子变换器研究中，还存在电磁耦合、开关损耗大、模式开关状态切换复杂以及死区效应难以消除等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构，简化控制模式，同时利用软开关可以有效降低部分系统的开关通断损耗，消除死区效应。
(二)技术方案
本发明提供一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构，包括A1-A6六组电气模组和K1-K8八个拆卸开关；
其中，第一电气模组A1的第一端与电源连接，第二端通过第一拆卸开关K1、第二拆卸开关K2与第二电气模组A2的第一端连接；
第二电气模组A2的第二端与第三电气模组A3的第一端连接；
第三电气模组A3的第二端通过第四拆卸开关K4与第四电气模组A4的第一端连接；
第四电气模组A4的第二端通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5的第一端连接；
第五电气模组A5的第二端通过第七拆卸开关K7、第八拆卸开关K8与第六电气模组A6连接。
进一步地，所述第一电气模组A1包括开关器件S1-S4、第一电感L1和第一电容C1；
其中，开关器件S1-S4构成单相H桥结构，第一开关器件S1的第一端与第二开关器件S2的第一端连接，第一开关器件S1的第二端与第三开关器件S3的第一端连接；
第一开关器件S1的第二端还与电源正极连接；
第二开关器件S2的第二端与第四开关器件S4的第一端连接；
第二开关器件S2的第二端还与电源负极连接；
第三开关器件S3的第二端与第四开关器件S4的第二端连接；
第一电感L1的第一端与第二开关器件S2的第一端连接，第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端连接；
第一电容C1的第二端与第四开关器件S4的第二端连接；
第一电容C1的第二端还与输出端子G连接。
进一步地，所述第二电气模组A2包括第一电阻R1、第二电阻R2、
第二电容C2和第三电容C3；
其中，第一电阻R1的第一端与第二电容C2的第一端连接，第一电阻R1的第一端还与第一拆卸开关K1连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接；
第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接；
第二电阻R2的第二端与第三电容C3的第二端连接，第二电阻R2的第二端还与第二拆卸开关K2连接。
进一步地，所述第三电气模组A3包括开关器件S5-S8、通断器件D1-D4；
其中，第五开关器件S5的第一端与第三通断器件D3的第二端连接；
第五开关器件S5的第二端与第六开关器件S6的第二端连接，第三通断器件D3的第一端与第二电容C2的第二端连接；
第六开关器件S6的第二端与第七开关器件S7的第一端连接；
第七开关器件S7的第二端与第八开关器件S8的第一端连接；
第八开关器件S8的第二端与第四通断器件D4的第二端连接，第四通断器件D4的第一端与第三电容C3的第二端连接；
第一通断器件D1的第一端与第六开关器件S6的第一端连接，第一通断器件D1的第二端与第二通断器件D2的第一端连接；
第二通断器件D2的第二端与第七开关器件S7的第二端连接。
进一步地，所述第四电气模组A4包括第二电感L2、第三电感L3、第四电容C4和可调变压器T1；
其中，第二电感L2的第一端与第四拆卸开关K4连接，第二电感L2的第二端与第三电感L3的第一端连接，第二电感L2的第二端还与第四电容C4的第一端连接；
第三电感L2的第二端与可调变压器T1的一次侧连接；
第四电容C4的第二端与可调变压器T1的一次侧连接，第四电容C4的第二端还与第三拆卸开关K3连接；
可调变压器T1的二次侧通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5连接。
进一步地，所述第五电气模组A5包括开关器件S9-S12和第五电容C5；
其中，第九开关器件S9的第一端与第十开关器件S10的第一端连接，第九开关器件S9的第二端与第十一开关器件S11的第一端连接；
第九开关器件S9的第二端还通过第五拆卸开关K5与可调变压器T1的二次侧连接；
第十开关器件S10的第二端与第十二开关器件S12的第一端连接；
第十开关器件S10的第二端还通过第六拆卸开关K6与可调变压器T1的二次侧连接；
第十一开关器件S11的第二端与第十二开关器件S12的第二端连接；
第五电容C5的第一端与第十开关器件S10的第一端连接，第五电容C5的第二端与第十二开关器件S12的第一端连接；
第五电容C5的第二端还与输出端子H连接。
进一步地，所述第六电气模组A6包括开关器件S13-S16、第六电容C6和第四电感L4；
其中，第十三开关器件S13的第一端与第十四开关器件S14的第一端连接，第十三开关器件S13的第二端与第十五开关器件S15的第一端连接；
第十三开关器件S13的第二端还与第四电感L4的第一端连接；
第十四开关器件S14的第二端与第十六开关器件S16的第一端连接；
第十五开关器件S15的第二端与第十六开关器件S16的第二端连接；
第六电容C6的第一端与第四电感L4的第二端连接，第六电容C6的第二端与第十六开关器件S16的第二端连接。
进一步地，每一所述开关器件均包括一个开关管和一个与所述开关管反向串联的二极管。
进一步地，所述开关管为全控型开关器件，采用场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
(三)有益效果
1、本发明提出了一种用于电源整合系统的多输出多电压等级的电力电子变换器电路拓扑结构，除了有能源利用率高、所需空间小、输出谐波低等优点外，此拓扑结构可以通过使用需求不同时，拆卸具体的局域部件以满足工况的需求，同时也可以拓展软开关功能部分，选择不同位置部件的软开关加入，能够减少在开关转换过程中带来的开关损耗，可以提高电平转换系统的整体的效率。同时输出的电压质量高，电压波形平滑，谐波较少，而且在开关管的控制方面也得以简化，提高了整个系统的变换效率，此拓扑结构有良好的容错运行能力和可控性，可以有效消除死区效应，可广泛应用于整合电源，整流-逆变器等电力变换装置。
2、本发明提出的多输出多电压等级的电力电子变换器电路拓扑结构在需要输出某一等级类型的电压时，可以选择最简单的开关模式，剩余的不用的区域的开关管可以选择关闭，简化开关管的控制过程，最大化的减少开关损耗，同时有利于死区补偿，可以有效地解决中性点不平衡的问题，可以有效地提高系统的效率。
附图说明
图1为本发明提供的多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构图；
图2为本发明中开关器件的电路拓扑图；
图3为本发明中第一电气模组A1的电路拓扑图；
图4为本发明中第一级输出端子G相关仿真电压输出图；
图5为本发明中第二电气模组A2的电路拓扑图；
图6为本发明中第三电气模组A3的电路拓扑图；
图7为本发明中回路端子DC相关仿真电压输出图；
图8为本发明中第四电气模组A4的电路拓扑图；
图9为本发明中回路端子EF相关仿真电压输出图；
图10为本发明中第五电气模组A5的电路拓扑图；
图11为本发明中第二级输出端子H相关仿真电压输出图；
图12为本发明中第六电气模组A6的电路拓扑图；
图13为本发明中第三级输出端子I相关仿真电压输出图；
图14为本发明中多级电力电子变换器三相输出电路拓扑图；
图15为本发明实施例三提供的多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构，包括A1-A6六组电气模组和K1-K8八个拆卸开关。
第一电气模组A1的第一端与电源连接，第二端通过第一拆卸开关K1、第二拆卸开关K2与第二电气模组A2的第一端连接；
第二电气模组A2的第二端与第三电气模组A3的第一端连接；
第三电气模组A3的第二端通过第四拆卸开关K4与第四电气模组A4的第一端连接；
第四电气模组A4的第二端通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5的第一端连接；
第五电气模组A5的第二端通过第七拆卸开关K7、第八拆卸开关K8与第六电气模组A6的第一端连接；
具体地：
第一电气模组A1包括开关器件S1-S4、第一电感L1和第一电容C1；开关器件S1-S4构成单相H桥结构，第一开关器件S1的第一端与第二开关器件S2的第一端连接，第一开关器件S1的第二端与第三开关器件S3的第一端连接；第一开关器件S1的第二端还与电源正极连接；第二开关器件S2的第二端与第四开关器件S4的第一端连接；第二开关器件S2的第二端还与电源负极连接；第三开关器件S3的第二端与第四开关器件S4的第二端连接；第一电感L1的第一端与第二开关器件S2的第一端连接，第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端连接；第一电容C1的第二端与第四开关器件S4的第二端连接；第一电容C1的第二端还与输出端子G连接。
第二电气模组A2包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2和第三电容C3；第一电阻R1的第一端与第二电容C2的第一端连接，第一电阻R1的第一端还与第一拆卸开关K1连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接；第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接；第二电阻R2的第二端与第三电容C3的第二端连接，第二电阻R2的第二端还与第二拆卸开关K2连接。
第三电气模组A3包括开关器件S5-S8、通断器件D1-D4；第五开关器件S5的第一端与第三通断器件D3的第二端连接；第五开关器件S5的第二端与第六开关器件S6的第二端连接，第三通断器件D3的第一端与第二电容C2的第二端连接；第六开关器件S6的第二端与第七开关器件S7的第一端连接；第七开关器件S7的第二端与第八开关器件S8的第一端连接；第八开关器件S8的第二端与第四通断器件D4的第二端连接，第四通断器件D4的第一端与第三电容C3的第二端连接；第一通断器件D1的第一端与第六开关器件S6的第一端连接，第一通断器件D1的第二端与第二通断器件D2的第一端连接；第二通断器件D2的第二端与第七开关器件S7的第二端连接。
第四电气模组A4包括第二电感L2、第三电感L3、第四电容C4和可调变压器T1；第二电感L2的第一端与第四拆卸开关K4连接，第二电感L2的第二端与第三电感L3的第一端连接，第二电感L2的第二端还与第四电容C4的第一端连接；第三电感L2的第二端与可调变压器T1的一次侧连接；第四电容C4的第二端与可调变压器T1的一次侧连接，第四电容C4的第二端还与第三拆卸开关K3连接；可调变压器T1的二次侧通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5连接。
第五电气模组A5包括开关器件S9-S12和第五电容C5；第九开关器件S9的第一端与第十开关器件S10的第一端连接，第九开关器件S9的第二端与第十一开关器件S11的第一端连接；第九开关器件S9的第二端还通过第五拆卸开关K5与可调变压器T1的二次侧连接；第十开关器件S10的第二端与第十二开关器件S12的第一端连接；第十开关器件S10的第二端还通过第六拆卸开关K6与可调变压器T1的二次侧连接；第十一开关器件S11的第二端与第十二开关器件S12的第二端连接；第五电容C5的第一端与第十开关器件S10的第一端连接，第五电容C5的第二端与第十二开关器件S12的第一端连接；第五电容C5的第二端还与输出端子H连接。
第六电气模组A6包括开关器件S13-S16、第六电容C6和第四电感L4；第十三开关器件S13的第一端与第十四开关器件S14的第一端连接，第十三开关器件S13的第二端与第十五开关器件S15的第一端连接；第十三开关器件S13的第二端还与第四电感L4的第一端连接；第十四开关器件S14的第二端与第十六开关器件S16的第一端连接；第十五开关器件S15的第二端与第十六开关器件S16的第二端连接；第六电容C6的第一端与第四电感L4的第二端连接，第六电容C6的第二端与第十六开关器件S16的第二端连接。
可选地，如图2所示，每一所述开关器件均包括一个开关管和一个与所述开关管反向串联的二极管。其中，开关管为全控型开关器件，采用场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。每一开关器件结构均如M，即开关管SA1的正极连接二极管DA1的阴极，开关管SA1的负极连接二极管DA1的阳极。所述开关器件的正极指的是开关管的正极与二极管阴极相连的一端，反之开关器件的负极指的是开关管的负极与二极管阳极相连的一端。
实施例2
如图1所示，本实施例提供一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构，包括六个电气模组A1～A6，八个带有切断能力的拆卸开关K1～K8。
对于电气模组A1而言：
模块电路拓扑如图3所示，第一开关器件S1与第三开关器件S3、第二开关器件S2与第四开关器件S4分别同向串联后依次并于电源侧的两侧，由第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4构成H桥与第一电感L1、第一电容C1组合为第一电气模组A1；
第一电感L1正极接第一开关器件S1与第二开关器件S2正极，第一电容C1正极接L1负极，第一电容C1负极接第三开关器件S3与第四开关器件S4负极，第一电容C1两极作为第一级直流输出侧，第一级输出端子G输出电压波形如图4所示，仿真软件平台采用瑞士PleximGmbH公司的Plecs(下同)。
对于电气模组A2而言：
模块电路拓扑如图5所示，第二电容C2、第三电容C3同向串联后并于滤波电容C1两极，第一电阻R1和第二电阻R2(R1与R2阻值相等)同向串联后并于第二电容C2、第三电容C3两端，第二电容C2、第三电容C3之间引出回路端子B，第一电阻R1、第二电阻R2之间引出回路端子A，电气模组A2整体在本发明所涉及的多输出多电压等级电路拓扑结构中等效于一个电池单元，起到储存缓冲电能的作用。
对于电气模组A3而言：
模块电路拓扑如图6所示，主体采用三电平中点箝位式半桥结构，第三通断器件D3、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8、第四通断器件D4依次串联后并于第二电容C2、第三电容C3两端，靠近第一电阻R1、第二电容C2正极、第三通断器件D3阳极的一端接第一电感L1负极和第一电容C1正极，靠近第二电阻R2、第三电容C3负极、第四通断器件D4阴极的一端接第一电容C1负极，第六开关器件S6、第七开关器件S7之间引出回路端子D，第一通断器件D1与第二通断器件D2之间引出回路端子C，回路端子C、回路端子B、回路端子A之间用导线相连。
第三通断器件D3、第四通断器件D4主要实现的功能在于，防止母线电流倒灌对第二电气模组A2(等效于一个储能电池)产生的冲击。
电气模组A3主体为三电平中点箝位式半桥结构，如表1所示，当第五开关器件S5、第六开关器件S6导通，第七开关器件S7、第八开关器件S8关闭，则回路端子D、C处输出多电压等级电力电子变换器第一级脉冲E电平；
或者第六开关器件S6、第七开关器件S7导通，第五开关器件S5、第八开关器件S8关闭，则回路端子D、C处输出多电压等级电力电子变换器第一级脉冲0电平；
或者第七开关器件S7、第八开关器件S8导通，第五开关器件S5、第六开关器件S6关闭，则回路端子D、C处输出所述多电压等级电力电子变换器第一级脉冲-E电平。
表1不同器件开关状态下逆变器端电压
Figure BDA0002273638950000101
回路端子DC输出电压波形如图7所示。
对于电气模组A4而言：
模块电路拓扑如图8所示，由第二电感L2、第四电容C4，第三电感L3构成了一个T型电路接于可调变压器T1的一次侧，其中第二电感L2的正极通过第四可拆卸开关K4接回路端子D，第二电感L2的负极与第四电容C4正极和第三电感L3正极相连，第四电容C4的负极通过第三可拆卸开关K3与回路端子C相连，第四电容C4的负极还与可调变压器T1的一次侧相连，第三电感L3的负极与可调变压器T1的一次侧相连，可调变压器T1的二次侧分别经过第五可拆卸开关K5、第六可拆卸开关K6与回路端子E、F相连。
回路端子EF输出电压波形如图9所示。
对于电气模组A5而言：
模块电路拓扑如图10所示，第九开关器件S9、第十一开关器件S11依次串联，第十开关器件S10、第十二开关器件S12依次串联后并于第五电容C5两端，其中第九开关器件S9、第十一开关器件S11之间引出回路端子E，回路端子E接于可调变压器T1的二次侧上端，第十开关器件S10、第十二开关器件S12之间引出回路端子F，回路端子F接于可调变压器T1的二次侧下端，第五电容C5的负极引出第二级直流输出端子H。
输出端子H输出电压波形如图11所示。
对于电气模组A6而言：
模块电路拓扑如图12所示，第十三开关器件S13、第十五开关器件S15，第十四开关器件S14、第十六开关器件S16依次串联后并联组成单相逆变H桥，第十三开关器件S13、第十四开关器件S14的正极接第五电容C5的正极，第十五开关器件S15、第十六开关器件S16的负极接第五电容C5的负极，第四电感L4正极接于第十三开关器件S13、第十五开关器件S15之间，第四电感L4负极接第六电容C6正极，同时引出输出端子I，第六电容C6负极接于第十四开关器件S14、第十六开关器件S16之间，同时引出I的另一端子。
输出端子I输出电压波形如图13所示。
上述的电气模组A6可以通过并联形成如图14所示的多电压等级三相电路拓扑，在三相全桥的控制中只需控制各个开关管的导通关断即可以输出三相交流电。
实施例3
如图2所示，本实施例提供一种用于电力变换系统的多输出多电压等级电力电子变换器电路拓扑结构，包括十六个开关器件S1-S16，六个母线电容C1-C6，八个带有切断能力的拆卸开关K1-K8，四个电感L1-L4，两个均压电阻R1、R2，四个通断器件(二极管)D1-D4，一个可调变压器T1。
所述电路拓扑结构包括由第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4与第一电感L1、第一电容C1组成的1路(如图中①区域所示)；
还包括由第一电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8、第一通断器件D1、第二通断器件D2、第三通断器件D3、第四通断器件D4共同组成2路(如图中②区域所示)；
还包括由第二电感L2、第四电容C4，第三电感L3以及可调变压器T1组成的3路(如图中③区域所示)；
还包括由第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11、第十二开关器件S12与第五电容C5组成的4路(如图中④区域所示)；
还包括由第十三开关器件S13、第十四开关器件S14、第十五开关器件S15、第十六开关器件S16以及第四电感L4、第六电容C6组成的5路(如图中⑤区域所示)。
在所述1路(区域①)中：
所述1路为第一级整流电路，第一开关器件S1与第三开关器件S3、第二开关器件S2与第四开关器件S4分别同向串联后依次并于电源侧的两侧，构成H桥，第一电感L1正极接第一开关器件S1与第二开关器件S2正极，第一电容C1正极接第一电感L1负极，第一电容C1负极接第三开关器件S3与第四开关器件S4负极，第一电容C1两极作为第一级直流输出侧，经第一可拆卸开关K1、第二可拆卸开关K2与区域②相连。
所述2路(区域②)中：
所述2路为第一级逆变电路，第二电容C2、第三电容C3同向串联后并于区域①中第一电容C1两极，第二电容C2和第三电容C3电压均为H桥整流后第一级直流输出侧电压的一半，为了保证第二电容C2和第三电容C3电压平衡，将第一电阻组R1和第二电阻R2(R1与R2阻值相等)同向串联后并于第二电容C2、第三电容C3两端，第三通断器件D3、第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8、第四通断器件D4依次串联后并于左侧第二电容C2、第三电容C3两端，其中靠近第三通断器件D3阳极的一端接第二电容C2的正极，靠近第四通断器件D4阴极的一端接第三电容C3的负极，第六开关器件S6、第七开关器件S7之间引出回路端子D，第一通断器件D1与第二通断器件D2串联后并于第六开关器件S6、第七开关器件S7两端，其中第一通断器件D1的阴极接于第五开关器件S5与第六开关器件S6之间，第二通断器件D2的阳极接于第七开关器件S7与第八开关器件S8之间，第一通断器件D1与第二通断器件D2之间引出回路端子C；第三可拆卸开关K3接于回路端子C与区域③中第四电容C4负极之间,第四可拆卸开关K4接于回路端子D与区域③第二电感L2正极之间。
所述3路(区域③)中：
所述3路为变压电路，由第二电感L2、第四电容C4、第三电感L3构成了一个T型电路接于可调变压器T1的一次侧，其中第二电感L2的正极通过第四可拆卸开关K4接回路端子D，第二电感L2的负极与第四电容C4正极相连，同时还与第三电感L3的正极相连，第四电容C4的负极通过第三可拆卸开关K3与回路端子C相连，同时还与可调变压器T1的一次侧相连，第三电感L3的负极与可调变压器T1的一次侧相连，可调变压器T1的二次侧分别经过第五可拆卸开关K5、第六可拆卸开关K6与回路端子E、F相连接。
所述4路(区域④)中：
所述4路为第二级整流电路，主体采用单相H桥结构，第九开关器件S9、第十一开关器件S11依次串联，第十开关器件S10、第十二开关器件S12依次串联后并于第五电容C5两端，其中第九开关器件S9、第十一开关器件S11之间引出回路端子E，回路端子E接于可调变压器T1的二次侧，第十开关器件S10、第十二开关器件S12之间引出回路端子F，回路端子F接于可调变压器T1的二次侧，第五电容C5的负极引出第二级直流输出端子H，且第五电容C5的正极、负极分别通过第七可拆卸开关K7、第八可拆卸开关K8与区域⑤相连。
所述5路(区域⑤)中：
所述5路为第二级逆变电路，第十三开关器件S13、第十五开关器件S15，第十四开关器件S14、第十六开关器件S16依次串联后并联组成单相逆变H桥，第十三开关器件S13、第十四开关器件S14的正极接第五电容C5的正极，第十五开关器件S15、第十六开关器件S16的负极接第五电容C5的负极，第四电感L4正极接于第十三开关器件S13、第十五开关器件S15之间，第四电感L4负极接第六电容C6正极，同时引出输出端子I，第六电容C6负极接于第十四开关器件S14、第十六开关器件S16之间，同时引出I的另一端子。其中，第六电容C6的电压与电源电压相等。
上述的多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器电路拓扑结构中，两个整流电路、两个逆变电路、一个变压电路依次交叉串联组合(整流-逆变-变压-整流-逆变)拥有多电压等级、多级输出功能。
将上述多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构应用于多电压等级可移植的多级电力电子变换器中，通过驱动电路控制所述多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器电路拓扑结构中的至少一个电路内一个开关器件的导通，以输出所述电力电子变换器所提供的至少一种电压(电流)类型与等级。
在所述多电压等级可移植的多级电力电子变换器的每一个电路拓扑结构中，若外部电源不为零，则理论五个电路内电压均不为零，其中在2路内，直流母线电源电压为2E，第二电容、第三电容均为E，E为大于零的自然数。
对于1路而言，在驱动电路驱动第一电气模组A1电路拓扑结构中的第一开关器件S1、第四开关器件S4导通，第二开关器件S2、第三开关器件S3关闭；或者第二开关器件S2、第三开关器件S3导通，第一开关器件S1、第四开关器件S4关闭，则经过第一电感L1、第一电容C1后输出端子G输出多电压等级电力电子变换器的第一种电压等级的直流电，直流电压等级为2E，E为大于零的自然数可做对应数值的代换。
对于2路而言，在驱动电路驱动第三电气模组A3的第五开关器件S5、第六开关器件S6导通，第七开关器件S7、第八开关器件S8关闭，则回路端子D、C处输出所述多电压等级电力电子变换器第一级脉冲E电平；或者第六开关器件S6、第七开关器件S7导通，第五开关器件S5、第八开关器件S8关闭，则回路端子D、C处输出所述多电压等级电力电子变换器第一级脉冲0电平；或者第七开关器件S7、第八开关器件S8导通，第五开关器件S5、第六开关器件S6关闭，则回路端子D、C处输出所述多电压等级电力电子变换器第一级脉冲-E电平。第三通断器件D3、第四通断器件D4主要实现的功能在于，防止母线电流倒灌对第二电气模组A2(等效于一个储能电池)产生的冲击。
对于3路而言，第二电感L2、第四电容C4利用第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8上的寄生电容放电，在第二电感L2、第四电容C4谐振条件下实现第五开关器件S5、第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8的零电压开通、零电流关断，降低开关损耗、提高电路效率以及处理功率的能力，可调变压器T1根据实际工况可调整二次侧回路端子EF的输出电压为N2E(其中N为可调变压器T1的变比，为方便叙述，本发明中N均取1)。
对于4路而言，在驱动电路驱动第五电气模组A5电路拓扑结构中的第九开关器件S9、第十二开关器件S12导通，第十开关器件S10、第十一开关器件S11关闭；或者第十开关器件S10、第十一开关器件S11导通，第九开关器件S9、第十二开关器件S12关闭，则经过第五电容C5后输出端子H输出所述多电压等级电力电子变换器的第二种电压等级的直流电，直流电压等级为2E，E为大于零的自然数可做对应数值的代换。
对于5路而言，驱动电路驱动第六电气模组A6电路拓扑结构中的第十三开关器件S13、第十六开关器件S16导通，第十四开关器件S14、第十五开关器件开关器件S15关闭；或者第十四开关器件S14、第十五开关器件S15导通，第十三开关器件S13、第十六开关器件S16关闭，则经过第四电感L4、第六电容C6后输出端子I输出所述多电压等级电力电子变换器的第二种电压等级的交流电(第一种交流电压为最原始接入的交流电源)，交流电压等级峰值大小正半周为E、负半周为-E。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多输出多电压等级可移植的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，包括A1-A6六组电气模组和K1-K8八个拆卸开关；
其中，第一电气模组A1的第一端与电源连接，第二端通过第一拆卸开关K1、第二拆卸开关K2与第二电气模组A2的第一端连接；
第二电气模组A2的第二端与第三电气模组A3的第一端连接；
第三电气模组A3的第二端通过第四拆卸开关K4与第四电气模组A4的第一端连接；
第四电气模组A4的第二端通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5的第一端连接；
第五电气模组A5的第二端通过第七拆卸开关K7、第八拆卸开关K8与第六电气模组A6连接。
2.根据权利要求1所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述第一电气模组A1包括开关器件S1-S4、第一电感L1和第一电容C1；
其中，开关器件S1-S4构成单相H桥结构，第一开关器件S1的第一端与第二开关器件S2的第一端连接，第一开关器件S1的第二端与第三开关器件S3的第一端连接；
第一开关器件S1的第二端还与电源正极连接；
第二开关器件S2的第二端与第四开关器件S4的第一端连接；
第二开关器件S2的第二端还与电源负极连接；
第三开关器件S3的第二端与第四开关器件S4的第二端连接；
第一电感L1的第一端与第二开关器件S2的第一端连接，第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端连接；
第一电容C1的第二端与第四开关器件S4的第二端连接；
第一电容C1的第二端还与输出端子G连接。
3.根据权利要求2所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述第二电气模组A2包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2和第三电容C3；
其中，第一电阻R1的第一端与第二电容C2的第一端连接，第一电阻R1的第一端还与第一拆卸开关K1连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接；
第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接；
第二电阻R2的第二端与第三电容C3的第二端连接，第二电阻R2的第二端还与第二拆卸开关K2连接。
4.根据权利要求3所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述第三电气模组A3包括开关器件S5-S8、通断器件D1-D4；
其中，第五开关器件S5的第一端与第三通断器件D3的第二端连接；第五开关器件S5的第二端与第六开关器件S6的第二端连接，第三通断器件D3的第一端与第二电容C2的第二端连接；
第六开关器件S6的第二端与第七开关器件S7的第一端连接；
第七开关器件S7的第二端与第八开关器件S8的第一端连接；
第八开关器件S8的第二端与第四通断器件D4的第二端连接，第四通断器件D4的第一端与第三电容C3的第二端连接；
第一通断器件D1的第一端与第六开关器件S6的第一端连接，第一通断器件D1的第二端与第二通断器件D2的第一端连接；
第二通断器件D2的第二端与第七开关器件S7的第二端连接。
5.根据权利要求4所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述第四电气模组A4包括第二电感L2、第三电感L3、第四电容C4和可调变压器T1；
其中，第二电感L2的第一端与第四拆卸开关K4连接，第二电感L2的第二端与第三电感L3的第一端连接，第二电感L2的第二端还与第四电容C4的第一端连接；
第三电感L2的第二端与可调变压器T1的一次侧连接；
第四电容C4的第二端与可调变压器T1的一次侧连接，第四电容C4的第二端还与第三拆卸开关K3连接；
可调变压器T1的二次侧通过第五拆卸开关K5与第五电气模组A5连接。
6.根据权利要求5所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述第五电气模组A5包括开关器件S9-S12和第五电容C5；
其中，第九开关器件S9的第一端与第十开关器件S10的第一端连接，第九开关器件S9的第二端与第十一开关器件S11的第一端连接；
第九开关器件S9的第二端还通过第五拆卸开关K5与可调变压器T1的二次侧连接；
第十开关器件S10的第二端与第十二开关器件S12的第一端连接；
第十开关器件S10的第二端还通过第六拆卸开关K6与可调变压器T1的二次侧连接；
第十一开关器件S11的第二端与第十二开关器件S12的第二端连接；
第五电容C5的第一端与第十开关器件S10的第一端连接，第五电容C5的第二端与第十二开关器件S12的第一端连接；
第五电容C5的第二端还与输出端子H连接。
7.根据权利要求6所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述第六电气模组A6包括开关器件S13-S16、第六电容C6和第四电感L4；
其中，第十三开关器件S13的第一端与第十四开关器件S14的第一端连接，第十三开关器件S13的第二端与第十五开关器件S15的第一端连接；
第十三开关器件S13的第二端还与第四电感L4的第一端连接；
第十四开关器件S14的第二端与第十六开关器件S16的第一端连接；
第十五开关器件S15的第二端与第十六开关器件S16的第二端连接；
第六电容C6的第一端与第四电感L4的第二端连接，第六电容C6的第二端与第十六开关器件S16的第二端连接。
8.根据权利要求1-7中任一所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，每一所述开关器件均包括一个开关管和一个与所述开关管反向串联的二极管。
9.根据权利要求8所述的多级电力电子变换器拓扑结构，其特征在于，所述开关管为全控型开关器件，采用场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
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