[发明专利]单相五电平变换器及其采用的调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种五电平变换器及其调制技术，可以应用于太阳能发电、风力发电等新能源发电行业。

背景技术

目前应用于太阳能发电中的光伏逆变器，普遍采用由高压器件(如600V、1200V等)组成的拓扑，主要有H4、H5、H6、HERIC、三相半桥、T型三电平等。此类拓扑应用较为成熟，由于现有的开关器件特性的限制，利用这些拓扑提升逆变器功率密度的空间变得有限。

提升变换器功率密度的一个方向是拓扑的多电平技术，通过该技术可以等效提升变换器的开关频率、降低滤波电感两端压降，从而减小电感的体积和重量。传统的多电平拓扑主要有二极管钳位型、飞跨电容型、H桥级联型等。上述传统的多电平拓扑往往需要较多的钳位二极管、飞跨电容，会造成多电平变换器内部电流回路较长，寄生电感较大，同时也需要考虑更多器件的均压，实现较为困难，导致变换器可靠性降低。其中的H桥级联型多电平拓扑还需要独立的DC源，这种方案增加了系统成本，效率较低。而有源中点钳位(active neutral point clamped,ANPC)型多电平拓扑(如申请号为201710069674.0的发明专利图1所示)，其BUS电容须串联从而引出中点进行钳位，需要采取特殊措施维持电容均压，使用低压MOSFET开关管时系统所需的开关管往往较多。申请号为201510133812.8的专利图42所示拓扑，每个桥臂需要两个飞跨电容，则一个单相变换器共需要4个飞跨电容，不仅增加了成本，也增大了电容电压平衡控制的难度。

因此，传统的多电平拓扑方案导致设备复杂程度变高，实现难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种较为简单、实现难度较小且能够提升变换效率和可靠性、提升功率密度的单相五电平变换器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单相五电平变换器，用于连接新能源发电装置和电网，包括16个低压MOSFET、2个高压MOSFET、2个飞跨电容和1个BUS电容；

16个所述低压MOSFET均分为两组，每组的8个所述低压MOSFET通过源极和漏极相串联而构成一条桥臂，两条桥臂均连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；

第1条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成A1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成A2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成A3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成A4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成A5节点；

第2条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成B1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成B2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成B3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成B4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成B5节点；

一个所述高压MOSFET连接于所述A1节点和所述B5节点之间，另一个所述高压MOSFET连接于所述B1节点和所述A5节点之间；

一个所述飞跨电容连接于所述A2节点和所述A4节点之间，另一个所述飞跨电容连接于所述B2节点和所述B4节点之间；

所述BUS电容连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；

所述A3节点和所述B3节点构成所述单相五电平变换器的输出端而与所述电网相连接。

优选的，所述高压MOSFET为600V电压等级的MOSFET，所述低压MOSFET为150V电压等级的MOSFET。

优选的，每个所述高压MOSFET由多个中压MOSFET串联构成。

优选的，所述中压MOSFET为300V电压等级的MOSFET。

优选的，所述A3节点和所述B3节点分别经电感而与所述电网相连接。