CN111628669A - 一种九电平逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明专利涉及一种九电平逆变器，该逆变器包括两个开关二极管电源单元组和一个双桥对称开关组构成。其中开关二极管电源单元组由两个直流电源、一个单向功率开关管和两个不可控二极管构成，双桥对称开关组由两个单向功率开关管、四个双向功率开关管和十个不可控二极管构成。本发明九电平逆变器具有十七种主要开关状态，可以输出4E、3E、2E、E、0、‑E、‑2E、‑3E、‑4E九种电压电平。本发明的九电平逆变器，利用开关二极管电源单元，只需要增加一个开关，就可以在输出电压上增加两个电平，与传统结构的九电平逆变器相比，大幅减小了功率开关器件的数量以及装置的复杂性，有效降低了逆变器的制造和维护成本，同时提高了逆变器的效率和系统的可靠性。

Description

一种九电平逆变器
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换领域，尤其涉及一种九电平逆变器。
背景技术
当前，多电平逆变器已经成为电力电子功率变换领域备受关注的重要研究热点，广泛应用于中、高压调速领域和柔性交流输电系统中。它具有以下优点：输出电压的总谐波失真随着电平数的增加显著减小；输出相同质量电压波形的条件下，开关损耗小、开关频率较低；与两电平变流器相比，在相的电压等级下，du/dt明显减小，在高压大容量电机驱动中，可有效防止电机转子绕阻绝缘击穿，同时改善装置的电磁干扰特性。
目前主要的多电平逆变器包括二极管嵌位式多电平逆变器、飞跨电容嵌位式多电平逆变器和级联H桥式多电平逆变器。当需要实现较高的电压等级和电平数目时，二极管嵌位式多电平逆变器和飞跨电容嵌位式多电平逆变器所需的嵌位二极管器件或者嵌位电容器件数目将急剧增加，并且存在电容电压平衡控制困难的问题。而级联H桥式多电平逆变器比较容易实现较大的电平数目和电压等级。但是随着电压等级的增加，级联H桥式多电平逆变器级联的单元数目也会增加，开关器件数量随之增加。例如，传统级联H桥九电平逆变器，在实现输出九电平电压时就需要十六个功率开关管。因此，如何通过较少的开关器件数目得到更多电平数目和更高的电压等级一直成为在多电平逆变器研究领域中的热点。
随着风能发电、光伏发电等新能源发电技术的不断发展和统一潮流控制器（UPFC）、电力有源滤波器等电力设备在电力系统中的不断需求，高效率和高质量输出波形的逆变器越来越被重视，因此运用一种开关二极管电源单元的九电平逆变器便应运而生。
发明内容
本发明的目的是，针对传统多电平逆变器的缺点，提出一种九电平逆变器，在相同输出电压等级下减少开关器件数目、提高逆变器效率、简化逆变器的结构、节省系统成本。
实现本发明的技术方案如下：一种九电平逆变器由两个开关二极管电源单元组和一个双桥对称开关组构成；两个开关二极管电源单元组上下顺序并联于双桥对称开关组。
本发明的两个开关二极管电源单元组，即第一个开关二极管电源单元组和第二个开关二极管电源单元组结构相同，都由两个直流电源、一个单向功率开关管和两个不可控二极管构成。
本发明的第一个开关二极管电源单元组由第一直流电源、第三直流电源、第七开关管、第七二极管和第九二极管构成；所述第九二极管的阳极、第三直流电源负极和第一直流电源正极相连于第七节点；所述第七二极管的阴极、第七开关管的集电极和第三直流电源正极相连于第九节点。
本发明的第七二极管的阳极与第七开关管的发射极相连，第七二极管的阴极与第七开关管集电极相连。
本发明的第一个开关二极管电源单元组的第一直流源和第三直流源充满能量时，其上的电压按照E1=E3=E的比例来配置的。
本发明的第二个开关二极管电源单元组由第二直流电源、第四直流电源、第八开关管、第八二极管和第十二极管构成；所述第十二极管的阳极、第二直流电源负极和第四直流电源正极相连于第八节点；所述第八二极管的阳极、第八开关管的发射极和第四直流电源负极相连于第十节点。
本发明的第八二极管的阳极与第八开关管的发射极相连，第八二极管的阴极与第八开关管集电极相连。
本发明的第二个开关二极管电源单元组的第二直流源和第四直流源充满能量时，其上的电压按照E2=E4=E的比例来配置的。
本发明的双桥对称开关组由第一双向开关管、第二开关管、第三双向开关管、第四双向开关管、第五开关管、第六双向开关管、第一双向二极管、第二二极管、第三双向二极管、第四双向二极管、第五二极管和第六双向二极管构成。
本发明的第一双向二极管的阴极、第一双向开关管的集电极与第四双向二极管的阴极、第四双向开关管的集电极相连于第一节点；第一双向二极管的阴极、第一双向开关管的集电极、第二开关管的发射极、第二二极管的阳极与第一直流电源负极相连于第二节点；第二开关管的集电极、第二二极管的阴极、第三双向开关管的集电极、第三双向二极管的阴极与第二直流电源正极相连于第三节点；第三双向开关管的集电极、第三双向二极管的阴极、第六双向二极管的阴极、第六双向开关管的集电极相连于第四节点；第四双向二极管的阴极、第四双向开关管的集电极、第七开关管的发射极、第七二极管的阳极、第九二极管的阴极、第五二极管的阴极、第五开关管的集电极相连于第五节点；第六双向二极管的阴极、第六双向开关管的集电极、第八开关管的集电极、第八二极管的阴极、第十二极管的阳极、第五二极管的阳极、第五开关管的发射极相连于第六节点。
本发明的第一双向开关管由两个开关管反向串联相连，第一双向二极管的阴极与第一双向开关管的集电极相连；所述第二二极管的阳极与第二开关管的发射极相连，第二二极管的阴极与第二开关管集电极相连；所述第三双向开关管由两个开关管反向串联相连，第三双向二极管的阴极与第三双向开关管的集电极相连；所述第四双向开关管由两个开关管反向串联相连，第四双向二极管的阴极与第四双向开关管的集电极相连；所述第五二极管的阳极与第五开关管的发射极相连，第五二极管的阴极与第五开关管集电极相连；所述第六双向开关管由两个开关管反向串联相连，第六双向二极管的阴极与第六双向开关管的集电极相连。
本发明的双桥对称开关组的第一节点、第四节点分别为逆变器输出正负端。
本发明的双桥对称开关组的第二开关管和第五开关管为互补运行方式，不能同时导通；
本发明的第二开关管、第五开关管、第七开关管和第八开关管均采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）开关，第一双向开关管、第三双向开关管、第四双向开关管和第六双向开关管采用集成门极换流晶闸管（IGCT）开关，所述第一双向二极管、第二二极管、第三双向二极管、第四双向二极管、第五二极管、第六双向二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管均为独立二极管或功率开关管内部自带的二极管。
本发明的有益之处在于：本发明提供了一种采用开关二极管电源单元的九电平逆变器，该逆变器利用开关二极管电源单元就可以进行升压，输出九种电平，相对于传统结构的九电平逆变器，在相同输出电压等级下，减少了系统中开关元件数目，降低了开关损耗，提高了输出波形质量，减小了装置的复杂性，有效降低了逆变器的制造和维护成本，提高了逆变器的效率和系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种九电平逆变器的结构示意图；
图2为本发明一种九电平逆变器的第一种主要开关状态示意图；
图3为本发明一种九电平逆变器的第二种主要开关状态示意图；
图4为本发明一种九电平逆变器的第三种主要开关状态示意图；
图5为本发明一种九电平逆变器的第四种主要开关状态示意图；
图6为本发明一种九电平逆变器的第五种主要开关状态示意图；
图7为本发明一种九电平逆变器的第六种主要开关状态示意图；
图8为本发明一种九电平逆变器的第七种主要开关状态示意图；
图9为本发明一种九电平逆变器的第八种主要开关状态示意图；
图10为本发明一种九电平逆变器的第九种主要开关状态示意图；
图11为本发明一种九电平逆变器的第十种主要开关状态示意图；
图12为本发明一种九电平逆变器的第十一种主要开关状态示意图；
图13为本发明一种九电平逆变器的第十二种主要开关状态示意图；
图14为本发明一种九电平逆变器的第十三种主要开关状态示意图；
图15为本发明一种九电平逆变器的第十四种主要开关状态示意图；
图16为本发明一种九电平逆变器的第十五种主要开关状态示意图；
图17为本发明一种九电平逆变器的第十六种主要开关状态示意图；
图18为本发明一种九电平逆变器的第十七种主要开关状态示意图。
具体实施方式
图1示出本发明的九电平逆变器的结构示意图。所述逆变器由第一开关二极管电源单元组SE1、第二开关二极管电源单元组SE2和一个双桥对称开关组SW构成。
本实施例逆变器的两个开关二极管电源单元组，即第一个开关二极管电源单元组SE1和第二个开关二极管电源单元组SE2结构相同，都由两个直流电源、一个单向功率开关管和两个不可控二极管构成。
本实施例逆变器的第一个开关二极管电源单元组SE1由第一直流电源E1、第三直流电源E3、第七开关管S7、第七二极管D7和第九二极管D9构成；所述第九二极管D9的阳极、第一直流电源E1的正极、第三直流电源E3的负极相连于第七节点Q7；所述第七二极管D7的阴极、第七开关管S7的集电极和第三直流电源E3的正极相连于第九节点Q9；所述第七二极管D7的阳极与第七开关管S7的发射极相连，第七二极管D7的阴极与第七开关管D7的集电极相连。
本实施例逆变器的第一个开关二极管电源单元组SE1的第一直流源E1和第三直流源E3充满能量时，其上的电压按照E1=E3=E的比例来配置的。
本实施例逆变器的第二个开关二极管电源单元组SE2由第二直流电源E2、第四直流电源E4、第八开关管S8、第八二极管D8和第十二极管D10构成；所述第十二极管D10的阳极、第二直流电源E2的负极和第四直流电源E4的正极相连于第八节点Q8；所述第八二极管D8的阳极、第八开关管S8的发射极和第四直流电源E4的负极相连于第十节点Q10；所述第八二极管D8的阳极与第八开关管S8的发射极相连，第八二极管D8的阴极与第八开关管S8集电极相连。
本实施例逆变器的第二个开关二极管电源单元组SE2的第二直流源E2和第四直流E4充满能量时，其上的电压按照E2=E4=E的比例来配置的。
本实施例逆变器的双桥对称开关组SW由第一双向开关管S1、第二开关管S2、第三双向开关管S3、第四双向开关管S4、第五开关管S5、第六双向开关管S6、第一双向二极管D1、第二二极管D2、第三双向二极管D3、第四双向二极管D4、第五二极管D5和第六双向二极管D6构成；所述第一双向二极管D1的阴极、第一双向开关管S1的集电极与第四双向二极管D4的阴极、第四双向开关管S4的集电极相连于第一节点Q1；第一双向二极管D1的阴极、第一双向开关管S1的集电极、第二开关管S2的发射极、第二二极管D2的阳极与第一直流电源E1的负极相连于第二节点Q2；第二开关管S2的集电极、第二二极管D2的阴极、第三双向开关管S3的集电极、第三双向二极管D3的阴极与第二直流电源E2的正极相连于第三节点Q3；第三双向开关管S3的集电极、第三双向二极管D3的阴极、第六双向二极管D6的阴极、第六双向开关管S6的集电极相连于第四节点Q4；第四双向二极管D4的阴极、第四双向开关管S4的集电极、第七开关管S7的发射极、第七二极管D7的阳极、第九二极管D9的阴极、第五二极管D5的阴极、第五开关管S5的集电极相连于第五节点Q5；第六双向二极管D6的阴极、第六双向开关管S6的集电极、第八开关管S8的集电极、第八二极管D8的阴极、第十二极管D10的阳极、第五二极管D5的阳极、第五开关管S5的发射极相连于第六节点Q6；所述第一双向开关管S1由两个开关管反向串联相连，第一双向二极管D1的阴极与第一双向开关管S1的集电极相连；所述第二二极管D2的阳极与第二开关管S2的发射极相连，第二二极管D2的阴极与第二开关管S2的集电极相连；所述第三双向开关管S3由两个开关管反向串联相连，第三双向二极管D3的阴极与第三双向开关管S3的集电极相连；所述第四双向开关管S4由两个开关管反向串联相连，第四双向二极管D4的阴极与第四双向开关管S4的集电极相连；所述第五二极管D5的阳极与第五开关管的S5发射极相连，第五二极管D5的阴极与第五开关管S5的集电极相连；所述第六双向开关管S6由两个开关管反向串联相连，第六双向二极管D6的阴极与第六双向开关管S6的集电极相连。
本实施例逆变器的双桥对称开关组SW的第二开关管S2和第五开关管S5为互补运行方式，不能同时导通。
本实施例逆变器的直流电源组的第一节点Q1、第四节点Q4分别为逆变器输出正负端。
图2至图18所示为九电平逆变器的十七种主要开关状态示意图。设第一直流电源电压E1=E，第二直流电源电压E2=E，第三直流电源电压E3=E，第四直流电源电压E4=E，逆变器的控制方式和十种电压输出状态如下：
1）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7导通，第八开关管S8导通。如图2所示，第一直流电源E1、第二直流电源E2、第三直流电源E3与第四直流电源E4串联，等效直流侧电压为4E，九电平逆变器的输出电压为4E。此时，如果电流方向为正，如图2中的实线箭头所示，电流经过第四双向开关管S4、负载和第六双向开关管S6回到第六节点Q6；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第六双向二极管D6、负载和第四双向二极管D4回到第五节点Q5。
2）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7导通，第八开关管S8关断。如图3所示，第一直流电源E1、第二直流电源E2与第三直流电源E3串联，等效直流侧电压为3E，九电平逆变器的输出电压为3E。此时，如果电流方向为正，如图3中的实线箭头所示，电流经过第四双向开关管S4、负载和第六双向开关管S6回到第六节点Q6；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第六双向二极管D6、负载和第四双向二极管D4回到第五节点Q5。
2）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7关断，第八开关管S8导通。如图4所示，第一直流电源E1、第二直流电源E2与第四直流电源E4串联，等效直流侧电压为3E，九电平逆变器的输出电压为3E。此时，如图4中的实线箭头所示，电流经过第四双向开关管S4、负载和第六双向开关管S6回到第六节点Q6；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第六双向二极管D6、负载和第四双向二极管D4回到第五节点Q5。
3）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6关断、开关管S7导通，开关管S8关断。如图5所示，第一直流电源E1与第三直流电源E3串联，等效直流侧电压为2E，九电平逆变器的输出电压为2E。此时，如果电流方向为正，如图5中的实线箭头所示，电流经过第四双向开关管S4、负载和第三双向开关管S3回到第三节点Q3；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第三双向二极管D3、负载和第四双向二极管D4回到第五节点Q5。
3）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图6所示，第一直流电源E1与第二直流电源E2串联，等效直流侧电压为2E，九电平逆变器的输出电压为2E。如果电流方向为正，如图6中的实线箭头所示，电流经过第四双向开关管S4、负载和第六双向开关管S6回到第六节点Q6；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第六双向二极管D6、负载和第四双向二极管D4回到第五节点Q5。
3）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7关断，第八开关管S8导通。如图7所示，第二直流电源E2与第四直流电源E4串联，等效直流侧电压为2E，九电平逆变器的输出电压为2E。此时，如果电流方向为正，如图7中的实线箭头所示，电流经过第一双向开关管S1、负载和第六双向开关管S6回到第六节点Q6；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第六双向二极管D6、负载和第一双向二极管D1回到第二节点Q2。
4）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图8所示，等效直流侧电压为E，九电平逆变器的输出电压为E。此时，如果电流方向为正，如图8中的实线箭头所示，电流经过第四双向开关管S4、负载和第三双向开关管S3回到第三节点Q3；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第三双向二极管D3、负载和第四双向二极管D4回到第五节点Q5。
5）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3关断、第四开关管S4关断、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图9所示，等效直流侧电压为E，九电平逆变器的输出电压为E。此时，如果电流方向为正，如图9中的实线箭头所示，电流经过第一双向开关管S1、负载和第六双向开关管S6回到第六节点Q6；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第六双向二极管D6、负载和第一双向二极管D1回到第二节点Q2。
6）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2导通、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5关断、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图10所示，等效直流侧电压为0，九电平逆变器的输出电压为0。
7）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图11所示，等效直流侧电压为-E，九电平逆变器的输出电压为-E。此时，如果电流方向为正，如图11中的实线箭头所示，电流经过第三双向开关管S3、负载和第四双向开关管S4回到第五节点Q5；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第四双向二极管D4、负载和第三双向二极管D3回到直流电源的正极。
7）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图12所示，等效直流侧电压为-E，九电平逆变器的输出电压为-E。此时，如果电流方向为正，如图12中的实线箭头所示，电流经过第六双向开关管S6、负载和第一双向开关管S1回到直流电源的负极；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第一双向二极管D1、负载和第六双向二极管D6回到第六节点Q6。
8）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7关断，第八开关管S8关断。如图13所示，第一直流电源E1与第二直流电源E2串联，等效直流侧电压为-2E，九电平逆变器的输出电压为-2E。此时，如果电流方向为正，如图13中的实线箭头所示，电流经过第三双向开关管S3、负载和第一双向开关管S1回到直流电源的负极；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第一双向二极管D1、负载和第三双向二极管D3回到直流电源的正极。
8）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3关断、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6导通、第七开关管S7导通，第八开关管S8关断。如图14所示，第一直流电源E1与第三直流电源E3串联，等效直流侧电压为-2E，九电平逆变器的输出电压为-2E。此时，如果电流方向为正，如图14中的实线箭头所示，电流经过第六双向开关管S6、负载和第一双向开关管S1回到直流电源的负极；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第一双向二极管D1、负载和第六双向二极管D6回到第六节点Q6。
8）当第一双向开关管S1关断、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4导通、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7关断，第八开关管S8导通。如图15所示，第二直流电源E2与第四直流电源E4串联，等效直流侧电压为-2E，九电平逆变器的输出电压为-2E。此时，如果电流方向为正，如图15中的实线箭头所示，电流经过第三双向开关管S3、负载和第四双向开关管S4回到第五节点Q5；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第四双向二极管D4、负载和第三双向二极管D3回到直流电源的正极。
9）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7关断，第八开关管S8导通。如图16所示，第一直流电源E1、第二直流电源E2与第四直流电源E4串联，等效直流侧电压为-3E，九电平逆变器的输出电压为-3E。此时，如果电流方向为正，如图16中的实线箭头所示，电流经过第三双向开关管S3、负载和第一双向开关管S1回到直流电源的负极；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第一双向二极管D1、负载和第三双向二极管D3回到直流电源的正极。
9）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7导通，第八开关管S8关断。如图17所示，第一直流电源E1、第二直流电源E2与第三直流电源E3串联，等效直流侧电压为-3E，九电平逆变器的输出电压为-3E。此时，如果电流方向为正，如图17中的实线箭头所示，电流经过第三双向开关管S3、负载和第一双向开关管S1回到直流电源的负极；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第一双向二极管D1、负载和第三双向二极管D3回到直流电源的正极。
10）当第一双向开关管S1导通、第二开关管S2关断、第三双向开关管S3导通、第四双向开关管S4关断、第五开关管S5导通、第六双向开关管S6关断、第七开关管S7导通，第八开关管S8导通。如图18所示，第一直流电源E1、第二直流电源E2、第三直流电源E3与第四直流电源E4串联，等效直流侧电压为-4E，九电平逆变器的输出电压为-4E。此时，如果电流方向为正，如图18中的实线箭头所示，电流经过第三双向开关管S3、负载和第一双向开关管S1回到直流电源的负极；如果电流方向为负，如虚线箭头所示，则电流经过第一双向二极管D1、负载和第三双向二极管D3回到直流电源的正极。
如上所述，九电平逆变器有十七种主要开关状态，可以输出4E、3E、2E、E、0、-E、-2E、-3E和-4E九种电压电平。应当理解的是3E、2E、E 、- E、-2E、-3E都分别包含多种输出电平，这些冗余的开关状态可以提高逆变器控制的灵活性。
应当理解的是，上述实施方式结构中的第二开关管、第五开关管、第七开关管和第八开关管均采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）开关，第一双向开关管、第二双向开关管、第四双向开关管和第六双向开关管采用集成门极换流晶闸管（IGCT）开关。
应当理解的是，上述实施方式结构中的第一双向二极管、第二二极管、第三双向二极管、第四双向二极管、第五二极管、第六双向二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管均为独立二极管或功率开关管内部自带的二极管。
由于本发明的九电平逆变器采用了开关二极管源单元电路，相对于传统结构的九电平逆变器，在相同输出电压等级下，减少了系统中开关元件数目，降低了开关损耗，提高了输出波形质量，减小了装置的复杂性，有效降低了逆变器的制造和维护成本，提高了逆变器的效率和系统的可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内作各种替换、变化和润饰，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种九电平逆变器，其特征在于：所述逆变器由两个开关二极管电源单元组和一个双桥对称开关组构成；两个开关二极管电源单元组上下顺序并联于双桥对称开关组；
所述两个开关二极管源单元组，即第一个开关二极管电源单元组和第二个开关二极管电源单元组结构相同，都由两个直流电源、一个单向功率开关管和两个不可控二极管构成。
2.根据权利要求1所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述第一个开关二极管电源单元组由第一直流电源、第三直流电源、第七开关管、第七二极管和第九二极管构成；所述第九二极管的阳极、第三直流电源的负极和第一直流电源的正极相连于第七节点；所述第七二极管的阴极、第七开关管的集电极和第三直流电源正极相连于第九节点；所述第七二极管的阳极与第七开关管的发射极相连，第七二极管的阴极与第七开关管集电极相连。
3.根据权利要求1所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述第二个开关二极管电源单元组由第二直流电源、第四直流电源、第八开关管、第八二极管和第十二极管构成；所述第十二极管的阴极、第二直流电源负极和第四直流电源正极相连于第八节点；所述第八二极管的阳极、第八开关管的发射极和第四直流电源负极相连于第十节点；所述第八二极管的阳极与第八开关管的发射极相连，第八二极管的阴极与第八开关管集电极相连。
4.根据权利要求1所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述双桥对称开关组由第一双向开关管、第二开关管、第三双向开关管、第四双向开关管、第五开关管、第六双向开关管、第一双向二极管、第二二极管、第三双向二极管、第四双向二极管、第五二极管和第六双向二极管构成；所述第一双向二极管的阴极、第一双向开关管的集电极与第四双向二极管的阴极、第四双向开关管的集电极相连于第一节点；第一双向二极管的阴极、第一双向开关管的集电极、第二开关管的发射极、第二二极管的阳极与第一直流电源负极相连于第二节点；第二开关管的集电极、第二二极管的阴极、第三双向开关管的集电极、第三双向二极管的阴极与第二直流电源正极相连于第三节点；第三双向开关管的集电极、第三双向二极管的阴极、第六双向二极管的阴极、第六双向开关管的集电极相连于第四节点；第四双向二极管的阴极、第四双向开关管的集电极、第七开关管的发射极、第七二极管的阳极、第九二极管的阴极、第五二极管的阴极、第五开关管的集电极相连于第五节点；第六双向二极管的阴极、第六双向开关管的集电极、第八开关管的集电极、第八二极管的阴极、第十二极管的阳极、第五二极管的阳极、第五开关管的发射极相连于第六节点；所述第一双向开关管由两个开关管反向串联相连，第一双向二极管的阴极与第一双向开关管的集电极相连；所述第二二极管的阳极与第二开关管的发射极相连，第二二极管的阴极与第二开关管集电极相连；所述第三双向开关管由两个开关管反向串联相连，第三双向二极管的阴极与第三双向开关管的集电极相连；所述第四双向开关管由两个开关管反向串联相连，第四双向二极管的阴极与第四双向开关管的集电极相连；所述第五二极管的阳极与第五开关管的发射极相连，第五二极管的阴极与第五开关管集电极相连；所述第六双向开关管由两个开关管反向串联相连，第六双向二极管的阴极与第六双向开关管的集电极相连；所述的直流电源组的第一节点、第四节点分别为逆变器输出正负端。
5.根据权利要求2所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述第一个开关二极管电源单元组的第一直流源和第三直流源充满能量时，其上的电压按照E1=E3=E的比例来配置的。
6.根据权利要求2所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述第二个开关二极管电源单元组的第二直流源和第四直流源充满能量时，其上的电压按照E2=E4=E的比例来配置的。
7.根据权利要求2和3所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述第二开关管、第五开关管、第七开关管和第八开关管均采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）开关，第一双向开关管、第二双向开关管、第四双向开关管和第六双向开关管采用集成门极换流晶闸管（IGCT）开关，所述第一双向二极管、第二二极管、第三双向二极管、第四双向二极管、第五二极管、第六双向二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管均为独立二极管或功率开关管内部自带的二极管。
8.根据权利要求2所述的一种九电平逆变器，其特征在于：所述双桥对称开关组的第二开关管和第五开关管为互补运行方式，不能同时导通。
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CN112564527A (zh) * 2020-12-09 2021-03-26 广东工业大学 一种升压型九电平逆变器
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