CN117792136B - 一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构 - Google Patents

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CN117792136B CN202410221988.8A CN202410221988A CN117792136B CN 117792136 B CN117792136 B CN 117792136B CN 202410221988 A CN202410221988 A CN 202410221988A CN 117792136 B CN117792136 B CN 117792136B
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Abstract

本发明公开了一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，属于光伏逆变器拓扑研究领域。包括前级变换模块和电网输出模块；所述前级变换模块包括输入直流电压Vin、输入电抗Lin、11个单向功率半导体开关管、二极管D1、二极管D2、二极管D3、开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC；所述单向功率半导体开关均由一个IGBT和一个反并联的二极管组成；所述电网输出模块包括输出电感LF和输出电压Vg。本发明所提出的拓扑结构可以有效减少光伏并网的泄漏电流。

Description

一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构
技术领域
本发明属于逆变器拓扑研究领域，具体涉及一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构。
背景技术
光伏并网系统对电网的影响越来越大，对电网稳定运行和整体调度的负面影响越来越显著。无变压器逆变器有较低的成本，较小的体积和较高的效率，近年来已经逐渐发展并替代光伏并网系统中的变压器。在不采用变压器的光伏并网系统中，会导致泄漏电流和无法升压的问题。近年来学者都致力于对无变压器逆变器进行研究。AZRIM等学者在论文“A Highly Efficient Single-phase Transformerless H-bridge Inverter forReducing Leakage Ground Current in Photovoltaic Grid-connectedSystem.Electric Power Components and Systems, 2015, 43(8-10):928-938. ”（一种用于降低光伏并网系统漏地电流的高效单相无变压器H桥逆变器）中提出的分裂电容Ｈ桥逆变器拓扑通过增加简单的ＤＣ－ＤＣ转换器，克服了电容电压平衡问题，减小了漏电流，提高了效率。ODEH C I在“A three phase cascaded multilevel inverter operatedwith switching frequency optimal technique.2018:1-5.”（采用开关频率优化技术运行的三相级联多电平逆变器）中提出的改进的级联Ｈ桥拓扑的每单元由１个半桥电平嵌位电路和１个主逆变 Ｈ桥组成，从而减小了器件数目，降低了开关损耗和谐波含量。ZhaoLing C等学者在“Single-Phase Five-level Transformerless Inverter for Multi-String Photovoltaic Applications//2021 IEEE Texas Power and Energy Conference(TPEC).IEEE, 2021.（用于多组串光伏应用的单相五电平无变压器逆变器） ”中提出的拓扑，通过在直流侧分别加入２支可控开关管和钳位二极管，形成嵌位电路，实现漏电流的完全消除。该拓扑的漏电流抑制能力较强，但通态损耗大，用的器件数目多。现有研究中无法对泄漏电流，升压等级和电容器电压平衡问题以及开关应力等问题仍有不足。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提出了一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，能将输出电压提高到3倍，同时可以减少光伏并网的泄漏电流。
为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案。
一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，包括前级变换模块和电网输出模块；
所述前级变换模块包括输入直流电压Vin；输入电抗Lin、单向功率半导体开关管S1、单向功率半导体开关管S2、单向功率半导体开关管S3、单向功率半导体开关管S4、单向功率半导体开关管S5、单向功率半导体开关管S6、单向功率半导体开关管S7、单向功率半导体开关管S8、单向功率半导体开关管S9、单向功率半导体开关管S10、单向功率半导体开关管S11；二极管D1、二极管D2、二极管D3；开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC；所述任何一个单向功率半导体开关均由一个IGBT和一个反并联的二极管组成；
所述电网输出模块包括输出电感LF和输出电压Vg。
进一步的，所述直流电压Vin正极一端连接单向功率半导体开关管S1的集电极，另一端接地；
所述单向功率半导体开关管S1的集电极一端连接输入电压Vin的正极，另一端连接单向功率半导体开关管S2的集电极和输入电抗Lin；
所述单向功率半导体开关管S2的集电极连接单向功率半导体开关管S1的发射极和输入电抗Lin，另一端连接二极管D3的阳极并接地；
所述输入电抗Lin的一端连接单向功率半导体开关管S1和S2，另一端连接单向功率半导体开关管S3的集电极和开关电容器CA的正极；
所述二极管D3的阴极连接开关电容器CA的负极和单向功率半导体开关管S4的发射极；所述单向功率半导体开关管S3的发射极连接单向功率半导体开关管S5的集电极和二极管D1的阴极；
所述单向功率半导体开关管S4的集电极连接单向功率半导体开关管S6的发射极和二极管D2的阴极，另一端连接二极管D3的阳极和开关电容器CA的负极；
所述单向功率半导体开关管S5的发射极连接二极管D2的阳极和开关电容器CB的负极；所述单向功率半导体开关管S6的集电极连接二极管D1的阴极和单向功率半导体开关管S7的集电极；
所述单向功率半导体开关管S7的集电极连接单向功率半导体开关管S6的集电极和二极管D1的阴极，其发射极连接开关电容器CB的正极和单向功率半导体开关管S8的集电极；
所述单向功率半导体开关管S8的集电极连接单向功率半导体开关管S7的发射极和开关电容器CB的正极，其发射极连接所述开关电容器CC的负极和单向功率半导体开关管S9的发射极；
所述开关电容器CC的正极连接单向功率半导体开关管S7以及单向功率半导体开关管S10的集电极，负极连接单向功率半导体开关管S8的发射极和单向功率半导体开关管S9的集电极；
所述单向功率半导体开关管S9的发射极连接开关电容器CB的负极和单向功率半导体开关管S11的发射极以及二极管D2的阴极和单向功率半导体开关管S5的发射极，其集电极连接单向功率半导体开关管S8的发射极和开关电容器CC的负极；
所述单向功率半导体开关管S10的发射极连接输出电感LF和单向功率半导体开关管S11的集电极，其集电极连接开关电容器CC的正极；
所述单向功率半导体开关管S11的发射极连接二极管D2的阴极和单向功率半导体开关管S5的发射极以及开关电容器CB的负极和单向功率半导体开关管S9的发射极；
所述输出电感LF一端连接单向功率半导体开关管S10的发射极和单向功率半导体开关管S11的集电极，另一端连接输出电压Vg。
进一步的，共有七种电平输出模式，定义开关函数为单向功率半导体开关管导通为1，关闭为0；定义11个单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11]，所述一种用于光伏并网的逆变器共有7种有效输出状态，分别为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]、[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]、[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]、[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]、[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]、[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]、[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]时为正向高电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB和VCC分别为开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
，
其中，i s1 、i s3 、i s5 、i s8 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S8、S10的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 为开关电容器CA的充电电流。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]时为正向中电平输出状态，输出电压满足
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB为开关电容器CB的电压；
开关电流应力配置为
，
，
其中，i s1 、i s3 、i s5 、i s7 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S7、S10的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 为开关电容器CA的充电电流。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]时为正向低电平输出状态，输出电压满足
，
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB和VCC分别为开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
，
，
，
，
其中，i s1 、i s3 、i s5 、i s7 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S7、S10的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 、i ccB 、i ccC 分别为开关电容器CA、开关电容器CB、开关电容器CC的充电电流，/>为经单向功率半导体开关管S3向二极管D1的电流，/>为经单向功率半导体开关管S7向开关电容器CB的电流，/>经开关电容器CC向单向功率半导体开关管S9的电流。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]时为零电平输出状态，输出电压为零电平；
开关电流应力配置为
，
，
，
，
，
其中，i s1 、i s11 分别为单向功率半导体开关管S1、S11的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 、i ccB 、i ccC 分别为开关电容器CA、开关电容器CB、开关电容器CC的充电电流，/>为经单向功率半导体开关管S3向二极管D1的电流，/>为经单向功率半导体开关管S7向开关电容器CB的电流，/>经开关电容器CC向单向功率半导体开关管S9的电流。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]时为负向低电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB为开关电容器CB的电压；
开关电流应力配置为
，
，
，
其中，i s1 、i s4 、i s6 、i s7 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S4、S6、S7、S11的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 为开关电容器CA的充电电流。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]负向中电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCA、VCC为开关电容器CA、开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
其中，i s2 、i s4 、i s6 、i s9 、i s11 分别为单向功率半导体开关管S2、S4、S6、S9、S11的电流，为电网角频率，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值。
进一步的，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]负向高电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCA、VCB和VCC分别为开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
其中，i s2 、i s4 、i s6 、i s8 、i s11 分别为单向功率半导体开关管S2、S4、S6、S8、S11的电流，为电网角频率，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
1. 本发明提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，将输出电压提高为3倍。
2.电容器的电压应力是均匀的，减小了每一个电容器的电压应力。
3.可以减少泄漏电流。
4.可以允许无功功率传输。
附图说明
图1为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构；
图2为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]的工作运行图；
图3为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]的工作运行图；
图4为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]的工作运行图；
图5为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]的工作运行图；
图6为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]的工作运行图；
图7为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]的工作运行图；
图8为本发明所提出的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构的单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]的工作运行图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对发明作进一步的详细说明，但本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
如图1所示，一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，包括前级变换模块和电网输出模块；
所述前级变换模块包括输入直流电压Vin；输入电抗Lin、单向功率半导体开关管S1、单向功率半导体开关管S2、单向功率半导体开关管S3、单向功率半导体开关管S4、单向功率半导体开关管S5、单向功率半导体开关管S6、单向功率半导体开关管S7、单向功率半导体开关管S8、单向功率半导体开关管S9、单向功率半导体开关管S10、单向功率半导体开关管S11；二极管D1、二极管D2、二极管D3；开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC；所述任何一个单向功率半导体开关均由一个IGBT和一个反并联的二极管组成；
所述电网输出模块包括输出电感LF和输出电压Vg。
所述直流电压Vin正极一端连接单向功率半导体开关管S1的集电极，另一端接地；
所述单向功率半导体开关管S1的集电极一端连接输入电压Vin的正极，另一端连接单向功率半导体开关管S2的集电极和输入电抗Lin；
所述单向功率半导体开关管S2的集电极连接单向功率半导体开关管S1的发射极和输入电抗Lin，另一端连接二极管D3的阳极并接地；
所述输入电抗Lin的一端连接单向功率半导体开关管S1和S2，另一端连接单向功率半导体开关管S3的集电极和开关电容器CA的正极；
所述二极管D3的阴极连接开关电容器CA的负极和单向功率半导体开关管S4的发射极；所述单向功率半导体开关管S3的发射极连接单向功率半导体开关管S5的集电极和二极管D1的阴极；
所述单向功率半导体开关管S4的集电极连接单向功率半导体开关管S6的发射极和二极管D2的阴极，另一端连接二极管D3的阳极和开关电容器CA的负极；
所述单向功率半导体开关管S5的发射极连接二极管D2的阳极和开关电容器CB的负极；所述单向功率半导体开关管S6的集电极连接二极管D1的阴极和单向功率半导体开关管S7的集电极；
所述单向功率半导体开关管S7的集电极连接单向功率半导体开关管S6的集电极和二极管D1的阴极，其发射极连接开关电容器CB的正极和单向功率半导体开关管S8的集电极；
所述单向功率半导体开关管S8的集电极连接单向功率半导体开关管S7的发射极和开关电容器CB的正极，其发射极连接所述开关电容器CC的负极和单向功率半导体开关管S9的发射极；
所述开关电容器CC的正极连接单向功率半导体开关管S7以及单向功率半导体开关管S10的集电极，负极连接单向功率半导体开关管S8的发射极和单向功率半导体开关管S9的集电极；
所述单向功率半导体开关管S9的发射极连接开关电容器CB的负极和单向功率半导体开关管S11的发射极以及二极管D2的阴极和单向功率半导体开关管S5的发射极，其集电极连接单向功率半导体开关管S8的发射极和开关电容器CC的负极；
所述单向功率半导体开关管S10的发射极连接输出电感LF和单向功率半导体开关管S11的集电极，其集电极连接开关电容器CC的正极；
所述单向功率半导体开关管S11的发射极连接二极管D2的阴极和单向功率半导体开关管S5的发射极以及开关电容器CB的负极和单向功率半导体开关管S9的发射极；
所述输出电感LF一端连接单向功率半导体开关管S10的发射极和单向功率半导体开关管S11的集电极，另一端连接输出电压Vg。
电路共有七种电平输出模式，定义开关函数为单向功率半导体开关管导通为1，关闭为0；定义11个单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11]，所述一种用于光伏并网的逆变器共有7种有效输出状态，分别为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]、[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]、[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]、[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]、[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]、[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]、[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]。
如图2所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]时为正向高电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB和VCC分别为开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
，
其中，i s1 、i s3 、i s5 、i s8 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S8、S10的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 为开关电容器CA的充电电流。
如图3所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]时为正向中电平输出状态，输出电压满足
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB为开关电容器CB的电压；
开关电流应力配置为
，
，
其中，i s1 、i s3 、i s5 、i s7 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S7、S10的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 为开关电容器CA的充电电流。
如图4所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]时为正向低电平输出状态，输出电压满足
，
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB和VCC分别为开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
，
，
，
，
其中，i s1 、i s3 、i s5 、i s7 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S7、S10的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 、i ccB 、i ccC 分别为开关电容器CA、开关电容器CB、开关电容器CC的充电电流，/>为经单向功率半导体开关管S3向二极管D1的电流，/>为经单向功率半导体开关管S7向开关电容器CB的电流，/>经开关电容器CC向单向功率半导体开关管S9的电流。
如图5所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]时为零电平输出状态，输出电压为零电平；
开关电流应力配置为
，
，
，
，
，
其中，i s1 、i s11 分别为单向功率半导体开关管S1、S11的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 、i ccB 、i ccC 分别为开关电容器CA、开关电容器CB、开关电容器CC的充电电流，/>为经单向功率半导体开关管S3向二极管D1的电流，/>为经单向功率半导体开关管S7向开关电容器CB的电流，/>经开关电容器CC向单向功率半导体开关管S9的电流。
如图6所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]时为负向低电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB为开关电容器CB的电压；
开关电流应力配置为
，
，
，
其中，i s1 、i s4 、i s6 、i s7 、i s10 分别为单向功率半导体开关管S1、S4、S6、S7、S11的电流，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值，为电网角频率，i ccA 为开关电容器CA的充电电流。
如图7所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]负向中电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCA、VCC为开关电容器CA、开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
其中，i s2 、i s4 、i s6 、i s9 、i s11 分别为单向功率半导体开关管S2、S4、S6、S9、S11的电流，为电网角频率，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值。
如图8所示，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]负向高电平输出状态，输出电压满足
，
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCA、VCB和VCC分别为开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
，
，
其中，i s2 、i s4 、i s6 、i s8 、i s11 分别为单向功率半导体开关管S2、S4、S6、S8、S11的电流，为电网角频率，i g (t)为电网电流，i max 为电网电流峰值。
最后应说明的是：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。

Claims (9)

1.一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，包括前级变换模块和电网输出模块；
所述前级变换模块包括输入直流电压Vin；输入电抗Lin、单向功率半导体开关管S1、单向功率半导体开关管S2、单向功率半导体开关管S3、单向功率半导体开关管S4、单向功率半导体开关管S5、单向功率半导体开关管S6、单向功率半导体开关管S7、单向功率半导体开关管S8、单向功率半导体开关管S9、单向功率半导体开关管S10、单向功率半导体开关管S11；二极管D1、二极管D2、二极管D3；开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC；任何一个单向功率半导体开关均由一个IGBT和一个反并联的二极管组成；
所述电网输出模块包括输出电感LF和输出电压Vg；
所述直流电压Vin正极一端连接单向功率半导体开关管S1的集电极，另一端接地；
所述单向功率半导体开关管S1的集电极连接输入电压Vin的正极，其发射极连接单向功率半导体开关管S2的集电极和输入电抗Lin；
所述单向功率半导体开关管S2的集电极连接单向功率半导体开关管S1的发射极和输入电抗Lin，其发射极连接二极管D3的阳极并接地；
所述输入电抗Lin的一端连接单向功率半导体开关管S1和S2，另一端连接单向功率半导体开关管S3的集电极和开关电容器CA的正极；
所述二极管D3的阴极连接开关电容器CA的负极和单向功率半导体开关管S4的发射极；所述单向功率半导体开关管S3的发射极连接单向功率半导体开关管S5的集电极和二极管D1的阴极；
所述单向功率半导体开关管S4的集电极连接单向功率半导体开关管S6的发射极和二极管D2的阴极，其发射极连接二极管D3的阳极和开关电容器CA的负极；
所述单向功率半导体开关管S5的发射极连接二极管D2的阳极和开关电容器CB的负极；所述单向功率半导体开关管S6的集电极连接二极管D1的阴极和单向功率半导体开关管S7的集电极；
所述单向功率半导体开关管S7的集电极连接单向功率半导体开关管S6的集电极和二极管D1的阴极，其发射极连接开关电容器CB的正极和单向功率半导体开关管S8的集电极；
所述单向功率半导体开关管S8的集电极连接单向功率半导体开关管S7的发射极和开关电容器CB的正极，其发射极连接所述开关电容器CC的负极和单向功率半导体开关管S9的集电极；
所述开关电容器CC的正极连接单向功率半导体开关管S7以及单向功率半导体开关管S10的集电极，负极连接单向功率半导体开关管S8的发射极和单向功率半导体开关管S9的集电极；
所述单向功率半导体开关管S9的发射极连接开关电容器CB的负极和单向功率半导体开关管S11的发射极以及二极管D2的阳极和单向功率半导体开关管S5的发射极，其集电极连接单向功率半导体开关管S8的发射极和开关电容器CC的负极；
所述单向功率半导体开关管S10的发射极连接输出电感LF和单向功率半导体开关管S11的集电极，其集电极连接开关电容器CC的正极；
所述单向功率半导体开关管S11的发射极连接二极管D2的阳极和单向功率半导体开关管S5的发射极以及开关电容器CB的负极和单向功率半导体开关管S9的发射极；
所述输出电感LF一端连接单向功率半导体开关管S10的发射极和单向功率半导体开关管S11的集电极，另一端连接输出电压Vg。
2.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，共有七种电平输出模式，定义开关函数为单向功率半导体开关管导通为1，关闭为0；定义11个单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11]，所述一种用于光伏并网的逆变器共有7种有效输出状态，分别为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]、[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]、[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]、[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]、[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]、[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]、[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]。
3.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、0、1、0、1、0]时为正向高电平输出状态，输出电压满足
Vo＝Vin+VCB+VCC＝3Vin
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB和VCC分别为开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
is3＝is5＝is8＝is10＝ig(t)
ig(t)＝imaxsin(ωt)
is1＝iin＝iccA+ig(t)
其中，is1、is3、is5、is8、is10分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S8、S10的电流，ig(t)为电网电流，iin为输入电流，imax为电网电流峰值，ω为电网角频率，iccA为开关电容器CA的充电电流。
4.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、0、1、0、1、0、0、1、0]时为正向中电平输出状态，输出电压满足
Vo＝Vin+VCB＝2Vin
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB为开关电容器CB的电压；
开关电流应力配置为
is3＝is5＝is7＝is10＝ig(t)
is1＝iin＝iccA+ig(t)
其中，is1、is3、is5、is7、is10分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S7、S10的电流，ig(t)为电网电流，iin为输入电流，imax为电网电流峰值，ω为电网角频率，iccA为开关电容器CA的充电电流。
5.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、1、0]时为正向低电平输出状态，输出电压满足
Vo＝Vin
VCB＝VCC＝Vin
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB和VCC分别为开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
is3＝is5＝is7＝is10＝ig(t)
ig(t)＝imaxsin(ωt)
is1＝iin＝iccA+iα
iα＝iccB＝iccC+ig(t)
iβ＝iccB
iγ＝iccC
其中，is1、is3、is5、is7、is10分别为单向功率半导体开关管S1、S3、S5、S7、S10的电流，ig(t)为电网电流，iin为输入电流，imax为电网电流峰值，ω为电网角频率，iccA、iccB、iccC分别为开关电容器CA、开关电容器CB、开关电容器CC的充电电流，iα为经单向功率半导体开关管S3向二极管D1的电流，iβ为经单向功率半导体开关管S7向开关电容器CB的电流，iγ经开关电容器CC向单向功率半导体开关管S9的电流。
6.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、1、1、0、0、1、0、1、0、1]时为零电平输出状态，输出电压为零电平；
开关电流应力配置为
is11＝ig(t)＝imaxsin(ωt)
is1＝iin＝iccA+iα
iα＝iccB＝iccC
iβ＝iccB
iγ＝iccC
其中，is1、is11分别为单向功率半导体开关管S1、S11的电流，ig(t)为电网电流，imax为电网电流峰值，iin为输入电流，ω为电网角频率，iccA、iccB、iccC分别为开关电容器CA、开关电容器CB、开关电容器CC的充电电流，iα为经单向功率半导体开关管S3向二极管D1的电流，iβ为经单向功率半导体开关管S7向开关电容器CB的电流，iγ经开关电容器CC向单向功率半导体开关管S9的电流。
7.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[1、0、0、1、0、1、1、0、0、0、1]时为负向低电平输出状态，输出电压满足
Vo＝-VCB＝-Vin
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCB为开关电容器CB的电压；
开关电流应力配置为
is4＝is6＝is7＝is11＝ig(t)
ig(t)＝imaxsin(ωt)
is1＝iin＝iccA
其中，is1、is4、is6、is7、is10分别为单向功率半导体开关管S1、S4、S6、S7、S11的电流，ig(t)为电网电流，iin为输入电流，imax为电网电流峰值，ω为电网角频率，iccA为开关电容器CA的充电电流。
8.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、0、1、0、1]负向中电平输出状态，输出电压满足
Vo＝-(VCA+VCC)＝-2Vin
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCA、VCC为开关电容器CA、开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
is2＝is4＝is6＝is9＝is11＝ig(t)
ig(t)＝imaxsin(ωt)
其中，is2、is4、is6、is9、is11分别为单向功率半导体开关管S2、S4、S6、S9、S11的电流，ω为电网角频率，ig(t)为电网电流，imax为电网电流峰值。
9.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的多电平逆变器拓扑结构，其特征在于，所述单向功率半导体开关管的状态变量矩阵为[0、1、0、1、0、1、0、1、0、0、1]负向高电平输出状态，输出电压满足
Vo＝-(VCA+VCB+VCC)＝-3Vin
其中Vo为输出电压，Vin为输入电压，VCA、VCB和VCC分别为开关电容器CA、开关电容器CB和开关电容器CC的电压；
开关电流应力配置为
is2＝is4＝is6＝is8＝is11＝ig(t)
ig(t)＝imaxsin(ωt)
其中，is2、is4、is6、is8、is11分别为单向功率半导体开关管S2、S4、S6、S8、S11的电流，ω为电网角频率，ig(t)为电网电流，imax为电网电流峰值。
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