CN205265554U - 一种五电平逆变单元及其应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种五电平逆变单元及其应用电路，通过开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二开关管的不同导通组合，当输出电压为正向时，有两个导通组合可以选择，且两个导通组合的流向所述钳位电容的电流方向相反，因此可以对这两个导通组合的控制来平衡所述钳位电容上的电压；同理，当输出电压为负向时，也可以对另外两个导通组合的控制来平衡所述钳位电容上的电压；不需要增加额外的硬件电路就可以实现全功率、全调制下电容电压的平衡控制，避免系统的相输出电压由五电平退化为三电平或者两电平。

Description

一种五电平逆变单元及其应用电路

技术领域

本实用新型涉及光伏新能源技术领域，特别涉及一种五电平逆变单元及其应用电路。

背景技术

近年来多电平输出成为了中高压大功率变频领域的常用技术。其中，多电平逆变器因其输出电压阶梯多，从而可以使输出的电压波形具有较小的谐波和较低的电压变化率；且随着输出电平数的增加，其输出电压的谐波将减少。另外，多电平逆变技术在减小系统的开关损耗与导通损耗，降低管子的耐压与系统的电磁干扰方面性能都非常优良。所以目前的逆变器多采用多电平逆变器。

现有技术中常用的二极管箝位式三电平以上的多电平逆变器，是利用多个功率电容串联后并联在光伏逆变器的直流侧两端来实现的，逆变器中的各开关管依次通过功率二极管与相应的功率电容相连，由于每个功率电容上输出的功率不相等，导致功率电容上的电压会出现不相等现象，即出现所谓的功率电容电压不平衡现象，这样容易出现较高电平向较低电平退化的现象，比如从五电平退化为三电平。

所以现有技术中的多电平逆变器缺少功率电容电压自平衡功能。

实用新型内容

本实用新型提供一种五电平逆变单元及其应用电路，以解决现有技术中的多电平逆变器缺少功率电容电压自平衡功能的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种五电平逆变单元，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容和第二电容的串联支路并联；所述五电平逆变单元包括：开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二开关管；所述第一开关管和所述第二开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述开关管单元的第一输入端作为所述五电平逆变单元的第一输入端、与所述直流电源的正端及所述第一电容的一端相连；所述开关管单元的第二输入端作为所述五电平逆变单元的第二输入端、与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述开关管单元的第三输入端作为所述五电平逆变单元的第三输入端、与所述直流电源的负端及所述第二电容的另一端相连；

所述钳位电容连接于所述开关管单元的第一输出端与第二输出端之间；

所述第一开关管的第一端与所述开关管单元的第一输出端及所述钳位电容的一端相连；

所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端相连，连接点作为所述五电平逆变单元的输出端；

所述第二开关管的第二端与所述开关管单元的第二输出端及所述钳位电容的另一端相连。

优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端及所述第七开关管的第一端相连；所述第七开关管的第二端为所述开关管单元的第一输出端；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第六开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

优选的，对应不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

0电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-1电平：第二开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平。

优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第七开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端及所述第八开关管的第二端相连；所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端；所述第八开关管的第一端为所述开关管单元的第二输出端。

优选的，对应不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第一开关管、第四开关管、第六开关管及第九开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第二开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管、第六开关管及第九开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平。

优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管及第九开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管及所述第九开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端及所述第八开关管的第一端相连；所述第八开关管的第二端为所述开关管单元的第一输出端；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连；

所述第七开关管的第一端与所述第九开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第九开关管的第二端与所述第六开关管的第一端相连；

所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管和第九开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管和所述第九开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第一端相连；

所述第七开关管的第二端与所述第九开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第九开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端及所述第八开关管的第二端相连；所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端；所述第八开关管的第一端为所述开关管单元的第二输出端。

优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第七开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第六开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

优选的，对应不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管及第五开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管及第五开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第二开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第二开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平。

优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管及第十开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管及所述第十开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第一端相连；

所述第七开关管的第二端与所述第九开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第九开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第十开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第十开关管的第二端与所述第六开关管的第一端相连，所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

优选的，所述开关管单元包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管和所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第一二极管的阴极及所述第七开关管的第一端相连；

所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极、所述第四开关管的第二端及所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第七开关管的第二端与所述第三二极管的阳极相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第三二极管的阴极与所述第四开关管的第一端相连；

所述第五开关管的第二端与所述第四二极管的阳极相连；

所述第四二极管的阴极与所述第八开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第八开关管的第二端与所述第二二极管的阳极及所述第六开关管的第一端相连；所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

优选的，对于不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

0电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管、第六开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-1电平：第二开关管、第四开关管、第六开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平。

优选的，所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管及所述第六开关管的电压等级均大于半母线电压；其余开关管的电压等级均大于四分之一母线电压。

一种五电平逆变单元的应用电路，包括三个如上述任一所述的五电平逆变单元，分别为第一五电平逆变单元、第二五电平逆变单元和第三五电平逆变单元；其中：

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的第一输入端均连接所述直流电源的正端；

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的第二输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的第三输入端均连接所述直流电压的负端；

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的输出端分别作为所述五电平逆变单元的应用电路的三个交流输出端。

本实用新型提供的五电平逆变单元，通过开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二开关管的不同导通组合，当输出电压为正向时，有两个导通组合可以选择，且两个导通组合的流向所述钳位的电流方向相反，因此可以对这两个导通组合的控制来平衡所述钳位电容上的电压；同理，当输出电压为负向时，也可以对另外两个导通组合的控制来平衡所述钳位电容上的电压；不需要增加额外的硬件电路就可以实现全功率、全调制下电容电压的平衡控制，避免系统的相输出电压由五电平退化为三电平或者两电平。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的五电平逆变单元的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第一种五电平逆变单元拓扑图；

图3a至图3h是本实用新型实施例提供的第一种五电平逆变单元的八个工作模态示意图；

图4是本实用新型实施例提供的第二种五电平逆变单元拓扑图；

图5是本实用新型实施例提供的第三种五电平逆变单元拓扑图；

图6a至图6h是本实用新型实施例提供的第三种五电平逆变单元的八个工作模态示意图；

图7是本实用新型实施例提供的第四种五电平逆变单元拓扑图；

图8是本实用新型实施例提供的第五种五电平逆变单元拓扑图；

图9a至图9h是本实用新型实施例提供的第五种五电平逆变单元的八个工作模态示意图；

图10是本实用新型实施例提供的第六种五电平逆变单元拓扑图；

图11是本实用新型实施例提供的第七种五电平逆变单元拓扑图；

图12a至图12h是本实用新型实施例提供的第七种五电平逆变单元的八个工作模态示意图；

图13a和13b是本实用新型实施例提供的五电平逆变单元的应用示意图；

图14a和14b是本实用新型实施例提供的三相三线制五电平逆变器的应用示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型提供一种五电平逆变单元及其应用电路，以解决现有技术中的多电平逆变器缺少功率电容电压自平衡功能的问题。

具体的，如图1所示，所述五电平逆变单元，连接于直流电源PV的正端与负端之间，与第一电容C1和第二电容C2的串联支路并联；所述五电平逆变单元包括：开关管单元、钳位电容C3、第一开关管Q1及第二开关管Q2；第一开关管Q1和第二开关管Q2均反向并联一个二极管；其中：

所述开关管单元的第一输入端作为所述五电平逆变单元的第一输入端、与直流电源PV的正端及第一电容C1的一端相连；所述开关管单元的第二输入端作为所述五电平逆变单元的第二输入端、与第一电容C1和第二电容C2的连接点相连；所述开关管单元的第三输入端作为所述五电平逆变单元的第三输入端、与直流电源PV的负端及第二电容C2的另一端相连；

钳位电容C3连接于所述开关管单元的第一输出端与第二输出端之间；

第一开关管Q1的第一端与所述开关管单元的第一输出端及所述钳位电容C3的一端相连；

第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端相连，连接点作为所述五电平逆变单元的输出端；

第二开关管Q2的第二端与所述开关管单元的第二输出端及所述钳位电容C3的另一端相连。

在具体的实际应用中，第一开关管Q1和第二开关管Q2反向并联的二极管可以是额外增加的二极管，也可以是各自的体二极管，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的所述五电平逆变单元，通过所述开关管单元、钳位电容C3、第一开关管Q1及第二开关管Q2的不同导通组合，当输出电压为正向时，有两个导通组合可以选择，且两个导通组合的流向钳位电容C3的电流方向相反，因此可以对这两个导通组合的控制来平衡钳位电容C3上的电压；同理，当输出电压为负向时，也可以对另外两个导通组合的控制来平衡钳位电容C3上的电压；而对于第一电容C1和第二电容C2的电压平衡控制与三电平逆变器的原理相同，不存在现有技术中通过二极管钳位来实现的五电平逆变器中电容电压不平衡的问题。所以本实施例提供的所述五电平逆变单元，无需增加额外的硬件电路就可以实现全功率、全调制下功率电容电压的平衡控制，避免系统的相输出电压由五电平退化为三电平或者两电平。

优选的，如图2所示，本实施例提供的第一种五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端及第七开关管Q7的第一端相连；第七开关管Q7的第二端为所述开关管单元的第一输出端；

第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第五开关管Q5的第二端与第八开关管Q8的第二端相连；

第八开关管Q8的第一端与第六开关管Q6的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

图2中，直流电源PV的正端与负端之间的电压为Udc；第一电容C1与第二电容C2上的电压均为Udc/2，钳位电容C3上的电压为Udc/4，节点a与节点n之间的电压为所述五电平逆变单元的输出电压Van；下面各图中所示标注与此处相同，不再一一赘述。

图3a至图3h所示为所述第一种五电平逆变单元的八种模态。

对应不同的输出电平数，所述第一种五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3a所示，其中，实黑线为有功电流的流经路径，虚线为无功电流的流经路径，以下各表中的实黑线也为有功电流的流经路径，虚线为无功电流的流经路径，均不再赘述。此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第三开关管Q3-第七开关管Q7-第一开关管Q1；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/2。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第一开关管Q1的反向并联二极管-第七开关管Q7的反向并联二极管-第三开关管Q3的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/2。

+1电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3b所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第三开关管Q3-第七开关管Q7-钳位电容C3-第二开关管Q2的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/4。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第二开关管Q2-钳位电容C3-第七开关管Q7的反向并联二极管-第三开关管Q3的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/4。

+1电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其中第三开关管Q3无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3c所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第五开关管Q5-第八开关管Q8的反向并联二极管-钳位电容C3-第一开关管Q1；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/4。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第一开关管Q1反向并联二极管-钳位电容C3-第八开关管Q8-第五开关管Q5的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/4。

0电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其中第三开关管Q3无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3d所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第五开关管Q5-第八开关管Q8的反向并联二极管-第二开关管Q2的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为0。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第二开关管Q2-第八开关管Q8-第五开关管Q5的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为0。

0电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3e所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第一开关管Q1的反向并联二极管-第七开关管Q7的反向并联二极管-第四开关管Q4；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为0。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第四开关管Q4的反向并联二极管-第七开关管Q7-第一开关管Q1；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为0。

-1电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3f所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第二开关管Q2-钳位电容C3-第七开关管Q7的反向并联二极管-第四开关管Q4；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为-Udc/4。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第四开关管Q4的反向并联二极管-第七开关管Q7-钳位电容C3-第二开关管Q2的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为-Udc/4。

-1电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4及第六开关管Q6的驱动信号均为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

如图3g所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第一开关管Q1的反向并联二极管-钳位电容C3-第六开关管Q6；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为-Udc/4。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第六开关管Q6的反向并联二极管-钳位电容C3-第一开关管Q1；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为-Udc/4。

-2电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4及第六开关管Q6的驱动信号均为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平。

如图3h所示，此时所述五电平逆变单元内的有功电流流向为：第二开关管Q2-第六开关管Q6；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为-Udc/2。另外，如果实际情况需要所述五电平逆变单元发无功时，所述五电平逆变单元内的无功电流流向为：第六开关管Q6的反向并联二极管-第二开关管Q2的反向并联二极管；此时所述五电平逆变单元的输出电压Van为-Udc/2。

或者，如图4所示，本实用新型提供的第二种所述五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第七开关管Q7的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

第七开关管Q7的第一端与第四开关管Q4的第一端相连；

第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端及第八开关管Q8的第二端相连；第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端；第八开关管Q8的第一端为所述开关管单元的第二输出端。

图4所示的所述第二种五电平逆变单元与图2所示的所述第一种五电平逆变单元中的所述开关管单元上下对称。

所述第二种所述五电平逆变单元对应的八个工作模态下的电流路径与图3a至图3h所示的各个路径相同，只是流经的开关管不同，此处不再一一赘述。

或者，如图5所示，本实用新型提供的第三种所述五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第九开关管Q9；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第九开关管Q9均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端及第八开关管Q8的第一端相连；第八开关管Q8的第二端为所述开关管单元的第一输出端；

第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第五开关管Q5的第二端与第七开关管Q7的第二端相连；

第七开关管Q7的第一端与第九开关管Q9的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

第九开关管Q9的第二端与第六开关管Q6的第一端相连；

第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

图5所示的所述第三种五电平逆变单元对应的八个工作模态如图6a至图6h所示。

对应不同的输出电平数，所述第三种五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其中第三开关管Q3无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其中第三开关管Q3无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其中第六开关管Q6无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第九开关管Q9的驱动信号均为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其中第六开关管Q6无电流流过，其中第五开关管Q6无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-2电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第九开关管Q9的驱动信号均为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，

其余开关管的驱动信号均为低电平；

或者，如图7所示，本实用新型提供的第四种所述五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第九开关管Q9；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第九开关管Q9均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第七开关管Q7的第一端相连；

第七开关管Q7的第二端与第九开关管Q9的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

第九开关管Q9的第一端与第四开关管Q4的第一端相连；

第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端及第八开关管Q8的第二端相连；第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端；第八开关管Q8的第一端为所述开关管单元的第二输出端。

图7所示的所述第四种五电平逆变单元与图5所示的所述第三种五电平逆变单元中的所述开关管单元上下对称，其对应的八个工作模态下的电流路径与图6a至图6h所示的各个路径相同，只是流经的开关管不同，此处不再一一赘述。

或者，如图8所示，本实用新型提供的第五种所述五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第七开关管Q7的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

第七开关管Q7的第一端与第四开关管Q4的第一端相连；

第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第五开关管Q5的第二端与第八开关管Q8的第二端相连；

第八开关管Q8的第一端与第六开关管Q6的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

对应不同的输出电平数，所述第五种五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3及第五开关管Q5的驱动信号均为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3及第五开关管Q5的驱动信号均为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第一开关管Q1、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第二开关管Q2、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4及第七开关管Q7的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4及第六开关管Q6的驱动信号均为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-2电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4及第六开关管Q6的驱动信号均为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，其余开关管的驱动信号均为低电平。

在所述开关管驱动信号的驱动下，所述第五种五电平逆变单元对应的八个工作模态如图9a至图9h所示。

或者，如图10所示，本实用新型提供的第六种所述五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十开关管Q10均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第七开关管Q7的第一端相连；

第七开关管Q7的第二端与第九开关管Q9的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

第九开关管Q9的第一端与第四开关管Q4的第一端相连；

第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第五开关管Q5的第二端与第八开关管Q8的第二端相连；

第八开关管Q8的第一端与第十开关管Q10的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

第十开关管Q10的第二端与第六开关管Q6的第一端相连，第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

图10所示的所述第六种五电平逆变单元对应的八个工作模态下的电流路径与图9a至图9h所示的各个路径相同，只是流经的开关管不同，此处不再一一赘述。

或者，如图11所示，本实用新型提供的第七种所述五电平逆变单元中的所述开关管单元包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8；第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8均反向并联一个二极管；其中：

第三开关管Q3的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

第三开关管Q3的第二端与第一二极管D1的阴极及第七开关管Q7的第一端相连；

第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极、第四开关管Q4的第二端及第五开关管Q5的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

第七开关管Q7的第二端与第三二极管D3的阳极相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

第三二极管D3的阴极与第四开关管Q4的第一端相连；

第五开关管Q5的第二端与第四二极管D4的阳极相连；

第四二极管D4的阴极与第八开关管Q8的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

第八开关管Q8的第二端与第二二极管D2的阳极及第六开关管Q6的第一端相连；第六开关管Q6的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

对应不同的输出电平数，所述第七种五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第七开关管Q7的驱动信号为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

+1电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第七开关管Q7的驱动信号为高电平，其中第五开关管Q5无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

+1电平：第一开关管Q1、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号为高电平，其中第三开关管Q3无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

0电平：第二开关管Q2、第三开关管Q3、第五开关管Q5及第八开关管Q8的驱动信号为高电平，其中第三开关管Q3无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

0电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第七开关管Q7的驱动信号为高电平，其中第六开关管Q6无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；

-1电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第七开关管Q7的驱动信号为高电平，其中第六开关管Q6无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平；其余开关管的驱动信号为低电平；

-1电平：第一开关管Q1、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第八开关管Q8的驱动信号为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过其余开关管的驱动信号为低电平；

-2电平：第二开关管Q2、第四开关管Q4、第六开关管Q6及第八开关管Q8的驱动信号为高电平，其中第四开关管Q4无电流流过，其余开关管的驱动信号为低电平。

在所述开关管驱动信号的驱动下，所述第七种五电平逆变单元对应的八个工作模态如图12a至图12h所示。

图2至图11所示的各个五电平逆变单元，在各自的八个模态中，仅在各个五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/4(第二模态和第三模态下)和-Udc/4(第六模态和第七模态下)时，钳位电容C3上流过功率电流。具体的，当各个五电平逆变单元的输出电压Van为Udc/4时，有第二模态和第三模态下的两个导通组合可以选择，且两个导通组合下的流向钳位电容C3的电流方向相反，因此可以通过对这两个导通组合的控制来平衡钳位电容C3上的电压；同理，当各个五电平逆变单元的输出电压为-Udc/4时，也可以对第六模态和第七模态下的另外两个导通组合的控制来平衡钳位电容C3上的电压；不需要增加额外的硬件电路就可以实现全功率、全调制下电容电压的平衡控制，避免系统的相输出电压由五电平退化为三电平或者两电平。

优选的，第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5及第六开关管Q6的电压等级均大于半母线电压；其余开关管的电压等级均大于四分之一母线电压。

具体的，图5、图7、图10和图11中的第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5及第六开关管Q6均为电压等级大于半母线电压的工频管，其余开关管均为电压等级大于四分之一母线电压的高频管。

图8中的第三开关管Q3及第六开关管Q6均为电压等级大于半母线电压的高频管，而第四开关管Q4及第五开关管Q5为电压等级大于半母线电压的工频管，其余开关管均为电压等级大于四分之一母线电压的高频管。

图4中的第三开关管Q3为电压等级大于半母线电压的高频管，而第四开关管Q4、第五开关管Q5及第六开关管Q6为电压等级大于半母线电压的工频管，其余开关管均为电压等级大于四分之一母线电压的高频管。

图2中的第六开关管Q6为电压等级大于半母线电压的高频管，而第三开关管Q3、第四开关管Q4及第五开关管Q5为电压等级大于半母线电压的工频管，其余开关管均为电压等级大于四分之一母线电压的高频管。

在具体的实际应用中，所述五电平逆变单元如果应用于1500V的太阳能光伏发电系统，所述电压等级大于半母线电压的工频管和高频管采用电压等级在750V(半母线电压)以上的开关管即可，具体可以采用1200V电压等级，其饱和导通压降低或者导通电阻低；其中，1200V电压等级的工频管的通态损耗小，而1200V电压等级的高频管的开关损耗及通态损耗均小。所述电压等级大于四分之一母线电压的高频管可采用电压等级在400V以上的开关管，具体可以选择常用的600V或者650V低压等级的快速IGBT或者MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，其开关特性好，通态损耗及开关损耗小；但在具体的实际应用中，所述高频管选用电压等级大于四分之一的母线电压即可，均在本申请的保护范围内。且采用1200V电压等级的工频管或高频管，以及600V或者650V低压等级的高频管，成本低，适合应用于本实施例所述的五电平逆变单元。其中，所述工频管的切换频率为交流侧电网电压频率，所述高频管的切换频率为交流侧电抗器纹波电流频率的一半。

值得说明的是，所述五电平逆变单元中，其中的各个开关管可以为IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘三双极型功率管)管、MOS管、IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors，集成栅极换流晶闸管)管或者IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor，电子注入增强门极晶体管)管等开关管；具体的选用可以视其应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。且各个开关管反向并联的二极管可以是额外增加的二极管，也可以是各自的体二极管，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

另外，图2至图11所示的各个五电平逆变单元，其中各个开关管的选型及开关管驱动信号的来源此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定。

在具体的实际应用中，如图13a所示，所述五电平逆变单元的第二输入端及输出端还可以分别通过一个电感与电网相连。如图13b所示，所述五电平逆变单元的前端还可以增加一个DC/DC变换器来进行电压的变化，用于拓宽所述五电平逆变单元的输入电压范围。

本实用新型另一实施例还提供了一种五电平逆变单元的应用电路，如图14a所示，为本实施例提供的三相三线制五电平逆变器拓扑图，包括三个如图1至图11任一所示的五电平逆变单元，分别为第一五电平逆变单元201、第二五电平逆变单元202和第三五电平逆变单元203；其中：

第一五电平逆变单元201、第二五电平逆变单元202和第三五电平逆变单元203的第一输入端均连接所述直流电源PV的正端；

第一五电平逆变单元201、第二五电平逆变单元202和第三五电平逆变单元203的第二输入端均与第一电容C1和第二电容C2的连接点相连；

第一五电平逆变单元201、第二五电平逆变单元202和第三五电平逆变单元203的第三输入端均连接所述直流电压的负端；

第一五电平逆变单元201、第二五电平逆变单元202和第三五电平逆变单元203的输出端分别作为所述五电平逆变单元的应用电路的三个交流输出端。

具体的，第一五电平逆变单元201由第一正弦波进行调制，第二五电平逆变单元202由第二正弦波进行调制，第三五电平逆变单元203由第三正弦波进行调制；

第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120度。

在具体的实际应用中，如图14b所示，所述五电平逆变单元的应用电路的前端还可以增加一个DC/DC变换器来进行电压的变化，用于拓宽所述五电平逆变单元的应用电路的输入电压范围。所述五电平逆变单元的应用电路的各个交流输出端还可以分别通过一个电感与电网相连。

另外，所述五电平逆变单元还适用于单相全桥五电平逆变器及三相四线制五电平逆变器。需要说明的是，本实用新型实施例提供的五电平逆变单元实现了功率电容上的电压自平衡的功能，可以理解的是，由该五电平逆变单元组成的单相全桥、三相三线制以及三相四线制五电平逆变器同样具有该优点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种五电平逆变单元，其特征在于，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容和第二电容的串联支路并联；所述五电平逆变单元包括：开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二开关管；所述第一开关管和所述第二开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述开关管单元的第一输入端作为所述五电平逆变单元的第一输入端、与所述直流电源的正端及所述第一电容的一端相连；所述开关管单元的第二输入端作为所述五电平逆变单元的第二输入端、与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述开关管单元的第三输入端作为所述五电平逆变单元的第三输入端、与所述直流电源的负端及所述第二电容的另一端相连；

所述钳位电容连接于所述开关管单元的第一输出端与第二输出端之间；

所述第一开关管的第一端与所述开关管单元的第一输出端及所述钳位电容的一端相连；

所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端相连，连接点作为所述五电平逆变单元的输出端；

所述第二开关管的第二端与所述开关管单元的第二输出端及所述钳位电容的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端及所述第七开关管的第一端相连；所述第七开关管的第二端为所述开关管单元的第一输出端；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第六开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

3.根据权利要求2所述的五电平逆变单元，其特征在于，对应不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

0电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-1电平：第二开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平。

4.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第七开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端及所述第八开关管的第二端相连；所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端；所述第八开关管的第一端为所述开关管单元的第二输出端。

5.根据权利要求4所述的五电平逆变单元，其特征在于，对应不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第一开关管、第四开关管、第六开关管及第九开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第二开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管、第六开关管及第九开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平。

6.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管及第九开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管及所述第九开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端及所述第八开关管的第一端相连；所述第八开关管的第二端为所述开关管单元的第一输出端；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连；

所述第七开关管的第一端与所述第九开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第九开关管的第二端与所述第六开关管的第一端相连；

所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

7.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管和第九开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管和所述第九开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第一端相连；

所述第七开关管的第二端与所述第九开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第九开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端及所述第八开关管的第二端相连；所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端；所述第八开关管的第一端为所述开关管单元的第二输出端。

8.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第七开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第六开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

9.根据权利要求8所述的五电平逆变单元，其特征在于，对应不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管及第五开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管及第五开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

0电平：第二开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-1电平：第二开关管、第四开关管及第七开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；或者，第一开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管及第六开关管的驱动信号均为高电平，其余开关管的驱动信号均为低电平。

10.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管及第十开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管及所述第十开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第七开关管的第一端相连；

所述第七开关管的第二端与所述第九开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第九开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连；

所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第五开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；

所述第八开关管的第一端与所述第十开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第十开关管的第二端与所述第六开关管的第一端相连，所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

11.根据权利要求1所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述开关管单元包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管和所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：

所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；

所述第三开关管的第二端与所述第一二极管的阴极及所述第七开关管的第一端相连；

所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极、所述第四开关管的第二端及所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输入端；

所述第七开关管的第二端与所述第三二极管的阳极相连，连接点为所述开关管单元的第一输出端；

所述第三二极管的阴极与所述第四开关管的第一端相连；

所述第五开关管的第二端与所述第四二极管的阳极相连；

所述第四二极管的阴极与所述第八开关管的第一端相连，连接点为所述开关管单元的第二输出端；

所述第八开关管的第二端与所述第二二极管的阳极及所述第六开关管的第一端相连；所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第三输入端。

12.根据权利要求11所述的五电平逆变单元，其特征在于，对于不同的输出电平数，所述五电平逆变单元的各开关管的驱动信号分别为：

+2电平：第一开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

+1电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

0电平：第二开关管、第三开关管、第五开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管、第六开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-1电平：第二开关管、第四开关管、第六开关管及第七开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；其余开关管的驱动信号为低电平；或者，第一开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平；

-2电平：第二开关管、第四开关管、第六开关管及第八开关管的驱动信号为高电平，其余开关管的驱动信号为低电平。

13.根据权利要求2至12任一所述的五电平逆变单元，其特征在于，所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管及所述第六开关管的电压等级均大于半母线电压；其余开关管的电压等级均大于四分之一母线电压。

14.一种五电平逆变单元的应用电路，其特征在于，包括三个如权利要求1至12任一所述的五电平逆变单元，分别为第一五电平逆变单元、第二五电平逆变单元和第三五电平逆变单元；其中：

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的第一输入端均连接所述直流电源的正端；

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的第二输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的第三输入端均连接所述直流电压的负端；

所述第一五电平逆变单元、所述第二五电平逆变单元和所述第三五电平逆变单元的输出端分别作为所述五电平逆变单元的应用电路的三个交流输出端。