[0001] 本
申请要求2015年8月14日提交的美国临时
专利申请US62/205,647的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。
技术领域
[0002] 本
发明涉及电
力电子领域中的电力变换器拓扑电路，特别是高电压增益的五电平逆变器拓扑电路。
背景技术
[0003] 随着全球
能源和环境问题加剧，
可再生能源发展迅速。
光伏发电因其资源丰富，分布广泛，具有很好的发展前景。对于
光伏发电系统来说，如何降低成本，提高效率成为光伏发电的重要课题。
[0004] 众所周知，光伏阵列产生直流电。在光伏发电系统中，逆变器用于将光伏阵列输出的直流电转
化成交流电。非隔离型光伏逆变器存在共模回路。该共模回路产生高频漏
电流，引起
电磁干扰，同时危及设备和人身安全。因此，高频
漏电流是非隔离型逆变器系统需要解决的一个重要问题。
[0005] 根据电路结构，现有公开的逆变器拓扑电路分成两类。
[0006] 第一类是双交流电感的对称拓扑电路，比如全桥逆变器拓扑电路。由于全桥逆变器拓扑电路所需的输入电压为半桥逆变器拓扑电路的一半，因此很多场合，无需额外的
升压电路升压。但是，全桥逆变器由于其寄生参数的存在，很难完全消除高频漏电流。通过适当改进传统H4全桥电路，可以减小高频漏电流，并满足行业标准。但其为对称双电感工作模式，两个电感磁芯不能共用，增大了成本。
[0007] 第二类是单电感的非对称拓扑电路，比如半桥逆变器拓扑电路或中点钳位逆变器拓扑电路。该类拓扑电路通过将交流
电网或交流负载的一端直接钳位至直流
母线电压的中点，很好保证了光伏
电池板的寄生电容两端电压恒定不变，从而很好地解决了漏电流。由于其电压利用率为第一类的一半，因此需要额外的升压电路，导致效率降低，成本增大。
[0008] 三相逆变器系统通常采用三电平半桥逆变器拓扑电路。但是，(1)电压利用率低；(2)交流滤波感抗高；(3)需要附加电路来提高输入电压，因此成本高。
发明内容
[0009] 本发明提供了一种高电压增益的五电平逆变器拓扑电路，以解决
现有技术中的上述问题中的至少部分技术问题。
[0010] 为了让电流双向流动，每个
开关管反向并联一个
二极管。为了叙述方便，本申请中的术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。
[0011] 本发明提供的五电平逆变器拓扑电路，适于和两个
串联连接的直流电源一起使用，至少包括：一个半桥逆变器电路。所述半桥逆变器电路输出五个互不相同的电平，包括零电平。所述半桥逆变器电路至少包括一个悬浮电容，一个电路模
块，六个开关电路支路。所述悬浮电容由第一直流电源或第二直流电源充电。所述半桥逆变器电路由第一直流电源或者第二直流电源供电，或者，所述半桥逆变器电路由第一直流电源与悬浮电容代数
叠加或者第二直流电源与悬浮电容代数叠加后供电。
[0012] 可选地，所述两个直流电源由一个电源并联连接两个串联连接的电容实现。其中，每个电容充当一个直流电源。
[0013] 第一方面，本发明提供了一种单相五电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源一起使用，其特征在于，包括：一个半桥逆变器电路，用于输出五个互不相同的电平，包括零电平；所述半桥逆变器电路至少包括一个悬浮电容，一个电路模块，六个开关电路支路；
[0014] 所述电路模块包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，适于在控制
信号的控制下提供至少四种工作模式：五个
端子中，仅导通第一端与第二端之间的连接；五个端子中，仅导通第一端与第三端之间的连接；五个端子中，仅导通第一端与第四端之间的连接；五个端子中，仅导通第一端与第五端之间的连接；
[0015] 所述电路模块的第一端用于连接两个直流电源的公共端，第四端用于连接第一直流电源的正极，第五端用于连接第二直流电源的负极；
[0016] 第一开关电路支路的第一端用于连接第一直流电源的正极，第二端连接第二开关电路支路的第一端；第二开关电路支路的第二端用于连接第二直流电源的负极；第三开关电路支路的第一端同时连接所述电路模块的第二端和悬浮电容的正极，第三开关电路支路的第二端连接第四开关电路支路的第一端；第四开关电路支路的第二端同时连接所述电路模块的第三端和悬浮电容的负极；第三、第四开关电路支路的公共端连接第一、第二开关电路支路的公共端；第五开关电路支路的第一端连接悬浮电容正极，第二端连接第六开关电路支路的第一端；第六开关电路支路的第二端用于连接悬浮电容的负极；第五、第六开关电路支路的公共端用于连接第一交流电压输出端。
[0017] 可选的，所述单相五电平逆变器拓扑电路进一步包括第一电感，其中，第五、第六开关电路支路的公共端具体通过第一电感连接第一交流电压输出端。
[0018] 可选的，所述六个开关电路支路中的任意一个开关电路支路至少包括一个双向开关；其中，每个所述双向开关的第一端连接该双向开关所在开关电路支路的第一端，每个所述双向开关的第二端连接该双向开关所在开关电路支路的第二端。
[0019] 可选的，所述两个直流电源的公共端连接第二交流电压输出端。
[0020] 可选的，所述电路模块包括多个电路支路；五个端子中的任意两个端子之间设置有至少一个电路支路，各个电路支路适于在
控制信号的控制下导通，提供所述的四种工作模式。
[0021] 可选的，所述电路模块进一步包括一个限流装置。
[0022] 可选的，所述限流装置包括以下一种或者几种的组合：电感；
电阻；运行在有源模式或线性模式的
半导体器件。
[0023] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；
[0024] 第一二极管的负极连接所述电路模块的第四端，正极连接第二二极管的负极；第二二极管的正极连接所述电路模块的第五端；所述第二电感的一端连接所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第一、第二二极管的公共端；第三二极管的正极连接第一二极管的正极，第三二极管的负极连接第七双向开关的第一端；第七双向开关的第二端连接所述电路模块的第二端；第四二极管的负极连接第二二极管的负极，第四二极管的正极连接第八双向开关的第二端；第八双向开关的第一端连接所述电路模块的第三端。
[0025] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；
[0026] 第一二极管负极连接所述电路模块的第四端，正极连接第二二极管负极；第二二极管正极连接第三二极管负极；第三二极管正极连接第四二极管负极；第四二极管正极连接所述电路模块的第五端；所述第二电感的一端连接所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第二、第三二极管的公共端；第五二极管负极同时连接第二二极管负极和第七双向开关的第一端，第五二极管正极连接所述电路模块的第三端；第六二极管正极同时连接第三二极管正极和第七双向开关的第二端，第六二极管负极连接所述电路模块的第二端。
[0027] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第九双向开关、第十双向开关、第一二极管和第二二极管；
[0028] 第一二极管的负极连接所述电路模块的第四端，第一二极管的正极连接第二二极管的负极；第二二极管的正极连接所述电路模块的第五端；所述第二电感的一端连接所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第一、第二二极管的公共端；第七双向开关的第二端连接第一二极管的正极，第七双向开关的第一端连接第八双向开关的第一端；第八双向开关的第二端连接所述电路模块的第二端；第九双向开关的第一端连接第二二极管的负极，第九双向开关的第二端连接第十双向开关的第二端；第十双向开关的第一端连接所述电路模块的第三端。
[0029] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管和第十二极管；
[0030] 第一二极管的负极连接所述电路模块的第四端，第一二极管的正极连接第二二极管的负极；第二二极管的正极连接所述电路模块的第五端；所述第二电感的一端连接所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第一、第二二极管的公共端；第三二极管的负极同时连接第五二极管的负极和第七双向开关的第一端，第三二极管的正极连接第四二极管的负极；第四二极管的正极同时连接第六二极管的正极和第七双向开关的第二端；第三、第四二极管的公共端连接第一二极管的正极；第五二极管的正极连接第六二极管的负极；第五、第六二极管的公共端连接所述电路模块的第二端；第七二极管的负极同时连接第九二极管的负极和第八双向开关的第一端，第七二极管的正极连接第八二极管的负极；第八二极管的正极同时连接第十二极管的正极和第八双向开关的第二端；第七、第八二极管的公共端连接第二二极管的负极；第九二极管的正极连接第十二极管的负极；第九、第十二极管的公共端连接所述电路模块的第三端。
[0031] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管和第十二极管；
[0032] 第一二极管的负极连接所述电路模块的第四端，第一二极管的正极连接第三二极管的负极；第三二极管的正极连接第四二极管的负极；第三二极管的负极同时连接第五二极管的负极和第七双向开关的第一端；第四二极管的正极同时连接第六二极管的正极和第七双向开关的第二端；第五二极管的正极连接第六二极管的负极；第五、第六二极管的公共端连接所述电路模块的第二端；第七二极管的负极同时连接第九二极管的负极和第八双向开关的第一端；第七二极管的正极连接第八二极管的负极，第八二极管的正极同时连接第十二极管的正极和第八双向开关的第二端；第九二极管的正极连接第十二极管的负极，第九、第十二极管的公共端连接所述电路模块的第三端；第八二极管的正极还连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接所述电路模块的第五端；所述第二电感的一端连接所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端同时连接第三、第四二极管的公共端和第七、第八二极管的公共端。
[0033] 第二方面，本发明提供了一种单相五电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源一起使用，包括：一个半桥逆变器电路，该半桥逆变器电路用于输出五个互不相同的电平，包括零电平；该半桥逆变器电路包括一个悬浮电容，一个电路模块，六个开关电路支路；所述电路模块包括第一端、第二端和第三端，适于在控制信号的控制下提供至少两种工作模式：三个端子中，仅导通第一端与第二端之间的连接；三个端子中，仅导通第一端与第三端之间的连接；
[0034] 所述电路模块的第一端用于连接两个直流电源的公共端；第一开关电路支路的第一端连接用于第一直流电源的正极，第二端连接第二开关电路支路的第一端；第二开关电路支路的第二端用于连接第二直流电源的负极；第三开关电路支路的第一端同时连接所述电路模块的第二端和悬浮电容的正极，第三开关电路支路的第二端连接第四开关电路支路的第一端；第四开关电路支路的第二端同时连接所述电路模块的第三端和悬浮电容的负极；第三、第四开关电路支路的公共端连接第一、第二开关电路支路的公共端；第五开关电路支路的第一端连接悬浮电容正极，第二端连接第六开关电路支路的第一端；第六开关电路支路的第二端连接悬浮电容的负极；第五、第六开关电路支路的公共端连接第一交流电压输出端。
[0035] 可选的，所述单相五电平逆变器拓扑电路进一步包括第一电感，其中，所述第一电感连接在第五、第六开关电路支路的公共端与第一交流电压输出端之间。
[0036] 可选的，所述六个开关电路支路中的任意一个开关电路支路至少包括一个双向开关；其中，每个所述双向开关的第一端连接该双向开关所在开关电路支路的第一端，每个所述双向开关的第二端连接该双向开关所在开关电路支路的第二端。
[0037] 可选的，所述两个直流电源的公共端连接第二交流电压输出端。
[0038] 可选的，所述电路模块包括多个电路支路；三个端子中的任意两个端子之间设置有至少一个电路支路，各个电路支路适于在控制信号的控制下导通，提供所述的两种工作模式。
[0039] 可选的，所述电路模块进一步包括一个限流装置。
[0040] 可选的，所述限流装置包括以下一种或者几种的组合：电感；电阻；运行在有源模式或线性模式的半导体器件。
[0041] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第九双向开关、第十双向开关、第一二极管和第二二极管；
[0042] 第七双向开关的第一端同时连接第九双向开关的第一端和第一二极管的负极；第九双向开关的第二端连接所述电路模块的第二端；第七双向开关的第二端连接第八双向开关的第一端，第八双向开关的第二端同时连接第二二极管的正极和第十双向开关的第二端；第十双向开关的第一端连接所述电路模块的第三端；第一二极管的正极连接第二二极管的负极；所述第二电感的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第一、第二二极管的公共端。
[0043] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第九双向开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；
[0044] 第七双向开关的第一端同时连接第九双向开关的第一端和第一二极管的负极，第七双向开关的第二端连接第八双向开关的第一端；第八双向开关的第二端同时连接第二二极管的正极和第九双向开关的第二端；第一二极管正极连接第二二极管负极；第三二极管负极连接第九双向开关的第一端，第三二极管正极连接所述电路模块的第三端；第四二极管正极连接第九双向开关的第二端，第四二极管负极连接所述电路模块的第二端；所述第二电感的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第一、第二二极管的公共端。
[0045] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第九双向开关、第十双向开关、第十一双向开关和第十二双向开关；
[0046] 第七双向开关的第一端同时连接第九双向开关的第一端和第十一双向开关的第一端，第七双向开关的第二端连接第八双向开关的第一端；第八双向开关的第二端同时连接第十双向开关的第二端和第十二双向开关的第二端；第九双向开关的第二端连接第十双向开关的第一端；第十一双向开关的第二端连接所述电路模块的第二端；第十二双向开关的第一端连接所述电路模块的第三端；所述第二电感的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端连接第九、第十双向开关的公共端。
[0047] 可选的，所述限流装置包括第二电感；所述电路模块还包括第七双向开关、第八双向开关、第九双向开关、第十双向开关和八个二极管；
[0048] 第七双向开关的第一端同时连接第九双向开关的第一端和第一二极管的负极，第七双向开关的第二端连接第八双向开关的第一端；第八双向开关的第二端同时连接第六二极管的正极和第十双向开关的第二端；第一二极管正极连接第二二极管负极；第二二极管正极同时连接第四二极管正极和第九双向开关的第二端；第三二极管负极连接第九双向开关的第一端，第三二极管正极同时连接第四二极管负极和所述电路模块的第二端；第五二极管负极同时连接第十双向开关的第一端和第七二极管负极，第五二极管正极连接第六二极管负极；第七二极管负极连接第十双向开关的第一端，第七二极管正极同时连接第八二极管负极和所述电路模块的第三端；第八二极管正极连接第十双向开关的第二端；所述第二电感的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块的第一端，所述第二电感的另一端同时连接第一、第二二极管的公共端和第五、第六二极管的公共端。
[0049] 第三方面，本发明提供了一种三相五电平逆变器拓扑电路，包括三个第一方面提供的单相五电平逆变器拓扑电路；其中，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路
输入侧并联连接，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端用于一对一连接三相交流电网的三个交流电压输出端。
[0050] 第四方面，本发明提供了一种三相五电平逆变器拓扑电路，其特征在于，包括三个第二方面提供的单相五电平逆变器拓扑电路；其中，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路输入侧并联连接，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端用于一对一连接三相交流电网的三个交流电压输出端。
[0051] 第五方面，本发明提供了一种三相五电平逆变器拓扑电路，包括：
[0052] 一个第一方面提供的单相五电平逆变器拓扑电路和两个第二方面提供的单相五电平逆变器拓扑电路；或者，
[0053] 两个第一方面提供的单相五电平逆变器拓扑电路和一个第二方面提供的单相五电平逆变器拓扑电路；
[0054] 其中，三个单相五电平逆变器拓扑电路输入侧并联连接，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端用于一对一连接三相交流电网的三个交流电压输出端。
[0055] 本发明提供的单相五电平逆变器拓扑电路包括一个半桥逆变器电路。该半桥逆变器电路含有一个悬浮电容并且输出五个互不相同的电平，包括零电平。该单相五电平逆变器拓扑电路采用五电平半桥结构，只需要一个交流滤波电感，因此降低了系统成本和体积，完全消除了漏电流，效率高。
[0056] 本发明还公开了三相五电平逆变器拓扑电路。在相同的运行条件下，本发明提供的五电平逆变器拓扑电路的电压利用率是现有半桥五电平逆变器拓扑电路的两倍；而且不需要附加电路，直流侧中点电压就可以自动平衡。
[0057] 本发明提供了一种五电平逆变器拓扑电路，可以用于，但不限于可再生能源系统，比如单相或光伏系统。
附图说明
[0058] 为了更全面地理解本发明的技术方案，对后面的
实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行介绍如下。通过参考附图会更加清楚地理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0059] 图1为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的电路原理部分方
框图；
[0060] 图2为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M1的第一种电路原理示意图；
[0061] 图3为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M1的第二种电路原理示意图；
[0062] 图4为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M1的第三种电路原理示意图；
[0063] 图5为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M1的第四种电路原理示意图；
[0064] 图6为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M1的第五种电路原理示意图；
[0065] 图7为本发明实施例提供的含有图2所示的电路模块M1的第一种单相五电平逆变器拓扑电路电路原理示意图；
[0066] 图8为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第一种工作模态示意图；
[0067] 图9为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第二种工作模态示意图；
[0068] 图10为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第三种工作模态示意图；
[0069] 图11为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第四种工作模态示意图；
[0070] 图12为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第五种工作模态示意图；
[0071] 图13为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第六种工作模态示意图；
[0072] 图14为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第一种续流模态示意图；
[0073] 图15为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的第二种续流模态示意图；
[0074] 图16为本发明实施例提供的图7所示的单相五电平逆变器拓扑电路的调
制模态示意图；
[0075] 图17为本发明实施例提供的含有图3所示的电路模块M1的第一种单相五电平逆变器拓扑电路电路原理示意图；
[0076] 图18为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的电路原理部分方框示意图；
[0077] 图19为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M2的第一种电路原理示意图；
[0078] 图20为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M2的第二种电路原理示意图；
[0079] 图21为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M2的第三种电路原理示意图；
[0080] 图22为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M2的第四种电路原理示意图；
[0081] 图23为本发明实施例提供的含有图19所示的电路模块M2的第二种单相五电平逆变器拓扑电路电路原理示意图；
[0082] 图24(a)为本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的等效方框图。
[0083] 图24(b)为本发明实施例提供的基于图24(a)所示电路的三相五电平逆变器拓扑电路的电路原理部分方框图。
[0084] 图25(a)为本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的等效方框图。
[0085] 图25(b)为本发明实施例提供的基于图25(a)所示电路的三相五电平逆变器拓扑电路的电路原理部分方框图。
[0086] 图26(a)为本发明实施例提供的基于图24(a)和图25(a)所示电路的第一种三相五电平逆变器拓扑电路的电路原理部分方框图。
[0087] 图26(b)为本发明实施例提供的基于图24(a)和图25(a)所示电路的第二种三相五电平逆变器拓扑电路的电路原理部分方框图
[0088] 为了叙述方便，在各个附图中同一元器件采用相同的参考标号。同一附图中相同的符号，比如 表示相互连接在一起。
具体实施方式
[0089] 本发明提供了一种高电压增益的五电平逆变器拓扑电路。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案及其如何实现，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0090] 如附图所示，本发明中使用的术语“Vdc”表示直流
电源电压，M1或M2表示半桥逆变器电路中的电路模块，C1表示充当第一直流电源的第一电容，C2表示充当第二直流电源的第二电容，Cs表示悬浮电容。
[0091] 为了叙述方便，逆变器交流
输出电压的峰峰值与最小直流输入电压的比值定义为电压利用率。注意，二极管被用作代表单方向导通元件，但本发明中的单方向导通元件不限定于二极管。二极管的正极指
阳极，负极指
阴极。本发明中的单方向导通元件也可以采用二极管之外的其它单方向导通器件。
[0092] 为了叙述方便，开关MOSFET被用作代表本发明中的可控型(导通和关断)开关管，但本发明中的可控型元件不限定于MOSFET。以N
沟道MOSFET为例进行说明。N沟道MOSFET的第一端指漏极，第二端指源极，控制端指栅极。本发明中的每个可控型元件的控制端施加一个驱动控制信号。简洁起见，后面不再赘述。本发明中的可控型元件也可以采用MOSFET之外的其它可控型开关管器件实现。
[0093] 为了保证每个开关管中的电流双向流动，本发明中的每个开关管反向并联一个二极管。简洁起见，术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的
半导体开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。
[0094] 本发明提供的五电平逆变器拓扑电路，能够和两个串联连接的直流电源一起使用以解决上述的技术问题，至少包括：一个半桥逆变器电路。所述半桥逆变器电路能够输出五个互不相同的电平，其中包括零电平。所述半桥逆变器电路至少包括一个悬浮电容。所述悬浮电容由第一直流电源或第二直流电源充电。所述半桥逆变器电路由第一直流电源或者第二直流电源供电，或者，所述半桥逆变器电路由第一直流电源与悬浮电容代数叠加或者第二直流电源与悬浮电容代数叠加后供电。
[0095] 根据本发明上述核心思想，结合附图对实施例进行详细阐述。
[0096] 图1给出了第一种单相五电平逆变器拓扑电路。所述第一种单相五电平逆变器拓扑电路和两个串联连接的电容(第一电容C1、第二电容C2)连接。其中，第一电容C1作为第一直流电源，第二电容C2作为第二直流电源。所述第一种单相五电平逆变器拓扑电路包括第一电感L1和一个半桥逆变器电路。所述半桥逆变器电路输出五个互不相同的电平，包括零电平。所述第一电感L1用于滤除开关
频率的谐波，从而获得几乎正弦的负载电流。
[0097] 所述半桥逆变器电路包括一个悬浮电容Cs，一个电路模块M1和六个开关电路支路。每个开关电路支路至少包括一个双向开关。为了叙述方便，每个所述双向开关的下标符号和该双向开关所在的开关电路支路的顺序号相同，比如，第一开关电路支路中的双向开关为T1。
[0098] 所述电路模块M1包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端；适于在控制信号的控制下提供至少四种工作模式：五个端子中，仅导通第一端与第二端之间的连接；五个端子中，仅导通第一端与第三端之间的连接；五个端子中，仅导通第一端与第四端之间的连接；五个端子中，仅导通第一端与第五端之间的连接。具体来说，可以在所述电路模块M1的五个端子之间设置多个电路支路，各个电路支路能够在控制信号的控制下提供上述各个工作模式(比如可以在任意两个端子之间设置相应的电路支路，通过控制各个电路支路的开关状态，实现端子之间的互通，从而提供上述的四个工作模式)。
[0099] 所述电路模块M1的第一端连接第一电容C1、第二电容C2的公共端，第四端连接第一电容C1的正极，第五端连接第二电容C2的负极。
[0100] 所述电路模块M1的基本功能是(1)给悬浮电容Cs充电，使其电压值等于或者非常接近于第一电容C1(第二电容C2)电压；(2)当悬浮电容Cs充电时，抑制冲击电流。所述电路模块M1的第一端和第二端之间的电路支路或者第一端和第三端之间的电路支路构成从第一电容C1或第二电容C2到悬浮电容Cs之间的部分充电路径。
[0101] 所述电路模块M1包括一个限流装置，比如一个电感，或电阻，或运行在有源模式或线性模式的半导体器件，或者它们的组合。如图2至图6所示，所述电路模块M1的限流装置是第二电感L2。
[0102] 第一双向开关T1的第一端连接所述电路模块M1的第四端，第二端连接第二双向开关T2的第一端。第二双向开关T2的第二端连接所述电路模块M1的第五端。第三双向开关T3的第一端同时连接所述电路模块M1的第二端和悬浮电容Cs的正极，第三双向开关T3的第二端连接第四双向开关T4的第一端。第四双向开关T4的第二端同时连接所述电路模块M1的第三端和悬浮电容Cs的负极。第三、第四双向开关的公共端连接第一、第二双向开关的公共端。第五双向开关T5的第一端连接悬浮电容Cs正极，第二端连接第六双向开关T6的第一端。第六双向开关T6的第二端连接悬浮电容Cs的负极。第五、第六双向开关的公共端通过第一电感L1连接交流电网或交流负载的第一端，作为一个交流电压输出端使用。第一电容C1和第二电容C2的公共端连接交流电网或交流负载的第二端，作为另一个交流电压输出端使用。
[0103] 图2示出了本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M1的第一种电路原理示意图。所述电路模块M1包括第二电感L2、第七双向开关T27、第八双向开关T28、第一二极管D21、第二二极管D22、第三二极管D23和第四二极管D24。
[0104] 第一二极管D21的负极连接所述电路模块M1的第四端，正极连接第二二极管D22的负极。第二二极管D22的正极连接所述电路模块M1的第五端。所述第二电感L2的一端连接所述电路模块M1的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第一、第二二极管的公共端。第三二极管D23的正极连接第一二极管D21的正极，第三二极管D23的负极连接第七双向开关T27的第一端。第七双向开关T27的第二端连接所述电路模块M1的第二端。第四二极管D24的负极连接第二二极管D22的负极，第四二极管D24的正极连接第八双向开关T28的第二端。第八双向开关T28的第一端连接所述电路模块M1的第三端。
[0105] 所述第二电感L2用于抑制悬浮电容Cs充电时的冲击电流和续流。
[0106] 图3示出了本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M1的第二种电路原理示意图。所述电路模块M1包括第二电感L2、第七双向开关T37和六个二极管D31～D36。
[0107] 第一二极管D31负极连接所述电路模块M1的第四端，正极连接第二二极管D32负极。第二二极管D32正极连接第三二极管D33负极。第三二极管D33正极连接第四二极管D34负极。第四二极管D34正极连接所述电路模块M1的第五端。所述第二电感L2的一端连接所述电路模块M1的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第二、第三二极管的公共端。第五二极管D35负极同时连接第二二极管D32负极和第七双向开关T37的第一端，第五二极管D35正极连接所述电路模块M1的第三端。第六二极管D36正极同时连接第三二极管D33正极和第七双向开关T37的第二端，第六二极管D36负极连接所述电路模块M1的第二端。
[0108] 图4示出了本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M1的第三种电路原理示意图。所述电路模块M1包括第二电感L2、第七双向开关T47、第八双向开关T48、第九双向开关T49、第十双向开关T410、第一二极管D41和第二二极管D42。
[0109] 第一二极管D41的负极连接所述电路模块M1的第四端，第一二极管D41的正极连接第二二极管D42的负极。第二二极管D42的正极连接所述电路模块M1的第五端。所述第二电感L2的一端连接所述电路模块M1的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第一、第二二极管的公共端。第七双向开关T47的第二端连接第一二极管D41的正极，第七双向开关T47的第一端连接第八双向开关T48的第一端。第八双向开关T48的第二端连接所述电路模块M1的第二端。第九双向开关T49的第一端连接第二二极管D42的负极，第九双向开关T49的第二端连接第十双向开关T410的第二端。第十双向开关T410的第一端连接所述电路模块M1的第三端。
[0110] 图5示出了本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M1的第四种电路原理示意图。所述电路模块M1包括第二电感L2、第七双向开关T57、第八双向开关T58和十个二极管D51～D510。
[0111] 第一二极管D51的负极连接所述电路模块M1的第四端，第一二极管D51的正极连接第二二极管D52的负极。第二二极管D52的正极连接所述电路模块M1的第五端。所述第二电感L2的一端连接所述电路模块M1的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第一、第二二极管的公共端。
[0112] 第三二极管D53的负极同时连接第五二极管D55的负极和第七双向开关T57的第一端，第三二极管D53的正极连接第四二极管D54的负极。第四二极管D54的正极同时连接第六二极管D56的正极和第七双向开关T57的第二端。第三、第四二极管的公共端连接第一二极管D51的正极。第五二极管D55的正极连接第六二极管D56的负极。第五、第六二极管的公共端连接所述电路模块M1的第二端。
[0113] 第七二极管D57的负极同时连接第九二极管D59的负极和第八双向开关T58的第一端，第七二极管D57的正极连接第八二极管D58的负极。第八二极管D58的正极同时连接第十二极管D510的正极和第八双向开关T58的第二端。第七、第八二极管的公共端连接第二二极管D52的负极。第九二极管D59的正极连接第十二极管D510的负极。第九、第十二极管的公共端连接所述电路模块M1的第三端。
[0114] 图6示出了本发明实施例提供的第一种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M1的第五种电路原理示意图。所述电路模块M1包括第二电感L2、第七双向开关T67、第八双向开关T68和十个二极管D61～D610。
[0115] 第一二极管D61的负极连接所述电路模块M1的第四端，第一二极管D61的正极连接第三二极管D63的负极。第三二极管D63的正极连接第四二极管D64的负极。第三二极管D63的负极同时连接第五二极管D65的负极和第七双向开关T67的第一端。第四二极管D64的正极同时连接第六二极管D66的正极和第七双向开关T67的第二端。第五二极管D65的正极连接第六二极管D66的负极。第五、第六二极管的公共端连接所述电路模块M1的第二端。
[0116] 第七二极管D67的负极同时连接第九二极管D69的负极和第八双向开关T68的第一端。第七二极管D67的正极连接第八二极管D68的负极，第八二极管D68的正极同时连接第十二极管D610的正极和第八双向开关T68的第二端。第九二极管D69的正极连接第十二极管D610的负极，第九、第十二极管的公共端连接所述电路模块M1的第三端。第八二极管D68的正极还连接第二二极管D62的负极，第二二极管D62的正极连接所述电路模块M1的第五端。所述第二电感L2的一端连接所述电路模块M1的第一端，所述第二电感L2的另一端同时连接第三、第四二极管的公共端和第七、第八二极管的公共端。
[0117] 如图7所示，以带有图2所示电路模块M1的单相五电平逆变器为例，说明本发明提供的单相五电平逆变器的工作原理。下面给出了六个工作模态。
[0118] 根据本实施例，假设直流电源的直流输出电压为Vdc。假定第一电容C1的电容值等于第二电容C2的电容值。显然，本发明并不限定第一电容C1的电容值与第二电容C2的电容值之间的大小关系。根据本实施例的假定，第一电容C1电压和第二电容C2电压都等于0.5Vdc。由于悬浮电容Cs由第一电容C1或第二电容C2充电，因此，所述悬浮电容电压也为0.5Vdc。定义附图电路中的第一电感L1电流从左向右流动为正向电流，反之为负向电流。
[0119] 本发明实施例提供的单相五电平逆变器的第一工作模态如图8所示，正向电流路径为：C1→T1→T4→Cs→T5→L1→G→C1；负向电流路径为：C1→G→L1→T5→Cs→T4→T1→C1。逆变器输出电压UOX等于所述悬浮电容电压和第一电容电压之和，即UOX＝Vdc/2+Vdc/2＝Vdc。
[0120] 本发明实施例提供的单相五电平逆变器的第二工作模态如图9所示，正向电流路径为：C1→T1→T3→T5→L1→G→C1。负向电流路径为：C1→G→L1→T5→T3→T1→C1。逆变器输出电压UOX等于第一电容电压，即UOX＝Vdc/2。
[0121] 第二工作模态下，悬浮电容Cs由第一电容C1充电。充电回路为：C1→T1→T3→Cs→D24→T28→L2→C1。
[0122] 本发明实施例提供的单相五电平逆变器的第三工作模态如图10所示，正向电流路径为：C1→T1→T3→Cs→T6→L1→G→C1。负向电流路径为：C1→G→L1→T6→Cs→T3→T1→C1。逆变器输出电压UOX等于第一电容电压与负的悬浮电容电压之和，即UOX＝Vdc/2+(-Vdc/2)＝0。此时悬浮电容Cs的充电回路和第二模态的充电回路相同。
[0123] 本发明实施例提供的单相五电平逆变器的第四工作模态如图11所示，正向电流路径为：L2→D23→T27→T5→L1→G→L2。此时悬浮电容Cs的充电回路：L2→D23→T27→Cs→T4→T2→C2→L2。逆变器输出电压UOX等于悬浮电容电压与负的第二电容电压之和，即UOX＝Vdc/2+(-Vdc/2)＝0。
[0124] 本发明实施例提供的单相五电平逆变器的第五工作模态如图12所示，正向电流路径为：L2→D23→T27→Cs→T6→L1→G→L2。此时第二电容C2为悬浮电容Cs充电，充电回路和第四模态的充电回路相同。逆变器输出电压UOX等于负的悬浮电容电压，即UOX＝-Vdc/2。
[0125] 本发明实施例提供的单相五电平逆变器的第六工作模态如图13所示，正向电流路径为：C2→T2→T3→Cs→T6→L1→G→C2。负向电流路径为：C2→G→L1→T6→Cs→T3→T2→C2。逆变器输出电压UOX等于负的悬浮电容电压与负的第二电容电压之和，即UOX＝(-Vdc/2)+(-Vdc/2)＝-Vdc。
[0126] 通过控制相应的开关管导通或关断，图7所示的单相五电平逆变器在上述的六种工作模态下交替工作，从而获得需要的逆变输出电压。简洁起见，术语“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”分别被用来表示所述单相五电平逆变器的上述六个工作模态。
[0127] 在第一工作模态下，所述单相五电平逆变器输出电压UOX等于所述悬浮电容电压和第一电容电压之和；在第六工作模态下，所述单相五电平逆变器输出电压UOX等于负的悬浮电容电压与负的第二电容电压之和。因此，在相同的运行条件下，所述单相五电平逆变器的电压利用率是现有单相五电平半桥逆变器电压利用率的两倍。由于所述单相五电平逆变器输出五个包括零在内的相互不同的电平，因此纹波电压小于单相三电平逆变器的纹波电压。所以，第一电感L1的感抗小于单相三电平逆变器中的对应电感感抗。
[0128] 当双向开关T27和T28关断时，存在一个第二电感L2续流回路。当附图中的第二电感L2电流从左流向右时，续流回路为：L2→D21→C1→L2，如图14所示；反之，续流回路为：L2→C2→D22→L2，如图15所示。
[0129] 图16给出了图7所示的单相五电平逆变器的第一种调制策略示意图。
[0130] 如图16所示，t1-t2时间段内，电网电压处于正半周。电网电压大于0.5Vdc但小于Vdc，所述单相五电平逆变器交替工作在第一工作模态A和第二工作模态B。
[0131] t4-t5时间段内，电网电压处于负半周。电网电压处于负的0.5Vdc和负的Vdc之间，所述单相五电平逆变器交替工作在第五工作模态E和第六工作模态F。
[0132] t0-t1和t2-t3时间段内，电网电压处于正半周。电网电压小于0.5Vdc但大于零，所述单相五电平逆变器交替工作在第二工作模态B和第三工作模态C。
[0133] t3-t4和t5-t6时间段内，电网电压处于负半周。电网电压处于负的0.5Vdc和零之间，所述单相五电平逆变器交替工作在第四工作模态D和第五工作模态E。
[0134] 通过对上述的调制策略分析可以看出，t0-t1和t2-t3时间段内，电网电压处于正半周，悬浮电容Cs由第一电容C1充电；t3-t4和t5-t6时间段内，电网电压处于负半周，悬浮电容Cs由第二电容C2充电.由于电网电压正负半周对称，因此，在正半周由第一电容C1转移到悬浮电容Cs的电荷和在负半周由第二电容C2转移到悬浮电容Cs的电荷相等。所以，第一电容C1和第二电容C2之间的中点电压自动平衡。
[0135] 图17给出了第一种单相五电平逆变器拓扑电路的另一个电路，包括图3所示的电路模块M1。它的工作原理和调制策略类似于图7所示的单相五电平逆变器。简洁起见，此处不再描述。
[0136] 图18给出了第二种单相五电平逆变器拓扑电路。所述第二种单相五电平逆变器拓扑电路和两个串联连接的电容(第一电容C1、第二电容C2)连接。其中，第一电容C1作为第一直流电源，第二电容C2作为第二直流电源。所述第二种单相五电平逆变器拓扑电路包括第一电感L1和一个半桥逆变器电路。所述半桥逆变器电路输出五个互不相同的电平，包括零电平。所述第一电感L1用于滤除开关频率的谐波，从而获得几乎正弦的负载电流。
[0137] 所述半桥逆变器电路包括一个悬浮电容Cs，一个电路模块M2和六个开关电路支路。每个开关电路支路至少包括一个双向开关。为了叙述方便，每个所述双向开关的下标符号和该双向开关所在的开关电路支路的顺序号相同，比如，第一开关电路支路中的双向开关为T1。
[0138] 所述电路模块M2包括第一端、第二端和第三端。所述电路模块M2的三个端子，适于在控制信号的控制下提供至少两种工作模式：三个端子中，仅导通第一端与第二端之间的连接；三个端子中，仅导通第一端与第三端之间的连接；在具体实施时，可以在电路模块M2中设置多个电路支路；各个电路支路对应连接在三个端子之间，适于在控制信号的控制下提供上述各个工作模式(比如，任意两个端子之间至少有一个电路支路，通过对电路支路施加对应的控制信号，使得任意两个端子之间可以相互导通，从而提供上述的两种工作模式)。所述电路模块M2的第一端连接第一电容C1、第二电容C2的公共端。
[0139] 所述电路模块M2的基本功能是(1)给悬浮电容Cs充电，使其电压值等于或者非常接近于第一电容C1(第二电容C2)电压；(2)当悬浮电容Cs充电时，抑制冲击电流。所述电路模块M2的第一端和第二端之间的电路支路或者第一端和第三端之间的电路支路构成从第一电容C1或第二电容C2到悬浮电容Cs之间的部分充电路径。
[0140] 所述电路模块M2包括一个限流装置，比如一个电感，或电阻，或运行在有源模式或线性模式的半导体器件，或者它们的组合。如图19至图22所示，所述电路模块M2的限流装置是第二电感L2。
[0141] 第一双向开关T1的第一端连接所述第一电容C1正极，第二端连接第二双向开关T2的第一端。第二双向开关T2的第二端连接所述第二电容C2负极。第三双向开关T3的第一端同时连接所述电路模块M2的第二端和悬浮电容Cs的正极，第三双向开关T3的第二端连接第四双向开关T4的第一端。第四双向开关T4的第二端同时连接所述电路模块M2的第三端和悬浮电容Cs的负极。第三、第四双向开关的公共端连接第一、第二双向开关的公共端。第五双向开关T5的第一端连接悬浮电容Cs正极，第二端连接第六双向开关T6的第一端。第六双向开关T6的第二端连接悬浮电容Cs的负极。第五、第六双向开关的公共端通过第一电感L1连接交流电网或交流负载的第一端。第一电容C1和第二电容C2的公共端连接交流电网或交流负载的第二端。
[0142] 图19示出了本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M2的第一种电路原理示意图。所述电路模块M2包括第二电感L2、第七双向开关T197、第八双向开关T198、第九双向开关T199、第十双向开关T1910、第一二极管D191和第二二极管D192。
[0143] 第七双向开关T197的第一端同时连接第九双向开关T199的第一端和第一二极管D191的负极。第九双向开关T199的第二端连接所述电路模块M2的第二端。第七双向开关T197的第二端连接第八双向开关T198的第一端，第八双向开关T198的第二端同时连接第二二极管D192的正极和第十双向开关T1910的第二端。第十双向开关T1910的第一端连接所述电路模块M2的第三端。第一二极管D191的正极连接第二二极管D192的负极。所述第二电感L2的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块M2的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第一、第二二极管的公共端。
[0144] 图20示出了本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M2的第二种电路原理示意图。所述电路模块M2包括第二电感L2、第七双向开关T207、第八双向开关T208、第九双向开关T209、第一二极管D201、第二二极管D202、第三二极管D203和第四二极管D204。
[0145] 第七双向开关T207的第一端同时连接第九双向开关T209的第一端和第一二极管D201的负极，第七双向开关T207的第二端连接第八双向开关T208的第一端。第八双向开关T208的第二端同时连接第二二极管D202的正极和第九双向开关T209的第二端。第一二极管D201正极连接第二二极管D202负极。第三二极管D203负极连接第九双向开关T209的第一端，第三二极管D203正极连接所述电路模块M2的第三端。第四二极管D204正极连接第九双向开关T209的第二端，第四二极管D204负极连接所述电路模块M2的第二端。所述第二电感L2的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块M2的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第一、第二二极管的公共端。
[0146] 图21示出了本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M2的第三种电路原理示意图。所述电路模块M2包括第二电感L2和六个双向开关T217～T2112。
[0147] 第七双向开关T217的第一端同时连接第九双向开关T219的第一端和第十一双向开关T2111的第一端，第七双向开关T217的第二端连接第八双向开关T218的第一端。第八双向开关T218的第二端同时连接第十双向开关T2110的第二端和第十二双向开关T2112的第二端。第九双向开关T219的第二端连接第十双向开关T2110的第一端。第十一双向开关T2111的第二端连接所述电路模块M2的第二端。第十二双向开关T2112的第一端连接所述电路模块M2的第三端。所述第二电感L2的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块M2的第一端，所述第二电感L2的另一端连接第九、第十双向开关的公共端。
[0148] 图22示出了本发明实施例提供的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的所述电路模块M2的第四种电路原理示意图。所述电路模块M2包括第二电感L2、第七双向开关T227、第八双向开关T228、第九双向开关T229、第十双向开关T2210和八个二极管D221～D228。
[0149] 第七双向开关T227的第一端同时连接第九双向开关T229的第一端和第一二极管D221的负极，第七双向开关T227的第二端连接第八双向开关T228的第一端。第八双向开关T228的第二端同时连接第六二极管D226的正极和第十双向开关T2210的第二端。
[0150] 第一二极管D221正极连接第二二极管D222负极。第二二极管D222正极同时连接第四二极管D224正极和第九双向开关T229的第二端。第三二极管D223负极连接第九双向开关T229的第一端，第三二极管D223正极同时连接第四二极管D224负极和所述电路模块M2的第二端。
[0151] 第五二极管D225负极同时连接第十双向开关T2210的第一端和第七二极管D227负极，第五二极管D225正极连接第六二极管D226负极。第七二极管D227负极连接第十双向开关T2210的第一端，第七二极管D227正极同时连接第八二极管D228负极和所述电路模块M2的第三端。第八二极管D228正极连接第十双向开关T2210的第二端。
[0152] 所述第二电感L2的一端同时连接第七、第八双向开关的公共端和所述电路模块M2的第一端，所述第二电感L2的另一端同时连接第一、第二二极管的公共端和第五、第六二极管的公共端。
[0153] 图18所示的第二种单相五电平逆变器拓扑电路的工作原理类似于图1所示的第一种单相五电平逆变器拓扑电路。参考第一种单相五电平逆变器拓扑电路的工作模态和调制策略分析，不难对第二种单相五电平逆变器拓扑电路进行类似分析。简洁起见，此处不再描述。但是，第二种单相五电平逆变器拓扑电路中的第二电感L2的续流回路不同于第一种单相五电平逆变器拓扑电路。
[0154] 图23给出了含有图19所示电路模块M2的第二种单相五电平逆变器电路。以图23所示的逆变器电路为例说明第二电感L2的续流回路。当第二电感L2电流从左流向右时，续流回路为：L2→D191→T197→L2，反之，续流回路为：L2→T198→D192→L2。
[0155] 不管是第一种单相五电平逆变器拓扑电路还是第二种单相五电平逆变器拓扑电路，都只需要一个交流滤波电感，因此，降低了系统成本和减小了系统体积。同时，由于输入侧没有附加升压电路且采用五电平拓扑电路，因此效率高。而且，由于采用了半桥逆变器电路，所以完全消除了漏电流。在相同的运行条件下，本发明提供的单相五电平逆变器的电压利用率和单相全桥五电平逆变器(比如H5，Heric,H6)的电压利用率相同，即现有单相半桥五电平逆变器的两倍。
[0156] 图24(a)是第一种单相五电平逆变器拓扑电路的等效方框图。如图24(a)所示，定义电路模块M1的第四端为第一种单相五电平逆变器拓扑电路的第一直流输入端I1，类似地，电路模块M1的第一端为其第二直流输入端I2，电路模块M1的第五端为其第三直流输入端I3。
[0157] 图24(b)是基于图24(a)中的等效电路的第一种三相五电平逆变器拓扑电路的部分方框电路图。如图24(b)所示，所述第一种三相五电平逆变器拓扑电路包括三个第一种单相五电平逆变器拓扑电路。所述三个第一种单相五电平逆变器拓扑电路输入侧并联连接。也就是说，所述三个第一种单相五电平逆变器拓扑电路的第一直流输入端I1均连接第一电容C1正极，第二直流输入端I2均连接第一电容C1与第二电容C2的公共端，第三直流输入端I3均连接第二电容C2负极。所述三个第一种单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端与三相交流电网或交流负载接入端一一对应连接。
[0158] 所述三个第一种单相五电平逆变器拓扑电路中的每个电路模块M1可以采用图2至图6所示的任一个电路。这三个电路模块M1优先选择相同的电路以便于集成，比如，都采用图3所示的电路。
[0159] 图25(a)是第二种单相五电平逆变器拓扑电路的等效方框图。如图25(a)所示，定义第一开关电路支路(T1)的第一端为第二种单相五电平逆变器拓扑电路的第一直流输入端I1，类似地，电路模块M2的第一端为其第二直流输入端I2，第二开关电路支路(T2)的第二端为其第三直流输入端I3。
[0160] 图25(b)是基于图25(a)中的等效电路的第二种三相五电平逆变器拓扑电路的部分方框电路图。如图25(b)所示，所述第二种三相五电平逆变器拓扑电路包括三个第二种单相五电平逆变器拓扑电路。所述三个第二种单相五电平逆变器拓扑电路输入侧并联连接。也就是说，所述三个第二种单相五电平逆变器拓扑电路的第一直流输入端I1均连接第一电容C1正极，第二直流输入端I2均连接第一电容C1与第二电容C2的公共端，第三直流输入端I3均连接第二电容C2负极。所述三个第二种单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端与三相交流电网或交流负载接入端一一对应连接。
[0161] 所述三个第二种单相五电平逆变器拓扑电路中的每个电路模块M2可以采用图19至图22所示的任一个电路。这三个电路模块M2优先选择相同的电路以便于集成，比如，都采用图19所示的电路。
[0162] 图26(a)是基于图24(a)和图25(a)中的等效电路的第三种三相五电平逆变器拓扑电路的部分方框电路图。如图26(a)所示，所述第三种三相五电平逆变器拓扑电路包括一个第一种单相五电平逆变器拓扑电路和两个第二种单相五电平逆变器拓扑电路。所述三个单相五电平逆变器拓扑电路输入侧并联连接。也就是说，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的第一直流输入端I1均连接第一电容C1正极，第二直流输入端I2均连接第一电容C1与第二电容C2的公共端，第三直流输入端I3均连接第二电容C2负极。所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端与三相交流电网或交流负载接入端一一对应连接。
[0163] 图26(b)是基于图24(a)和图25(a)中的等效电路的第四种三相五电平逆变器拓扑电路的部分方框电路图。如图26(b)所示，所述第四种三相五电平逆变器拓扑电路包括两个第一种单相五电平逆变器拓扑电路和一个第二种单相五电平逆变器拓扑电路。所述三个单相五电平逆变器拓扑电路输入侧并联连接。也就是说，所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的第一直流输入端I1均连接第一电容C1正极，第二直流输入端I2均连接第一电容C1与第二电容C2的公共端，第三直流输入端I3均连接第二电容C2负极。所述三个单相五电平逆变器拓扑电路的交流输出端与三相交流电网或交流负载接入端一一对应连接。
[0164] 图26(a)和图26(b)所示三相五电平逆变器拓扑电路中的电路模块M1可以采用图2至图6所示的任一个电路，电路模块M2可以采用图19至图22所示的任一个电路。
[0165] 注意，实际应用中广泛使用三相交流电压，因此，以三相五电平逆变器拓扑电路为例进行说明。采用上述方法，本领域的普通技术人员不难获得其它多相结构，比如四相，五相等。
[0166] 在相同的运行条件下，本发明提供的三相五电平逆变器的电压利用率是现有三相五电平半桥逆变器的两倍，因此其电流减小了一半。所以，本发明提供的三相五电平逆变器采用的器件成本低，交流滤波感抗小。
[0167] 本发明提供的五电平逆变器拓扑电路，可以用于，但不限于可再生能源系统，比如单相或三相并网光伏系统。
[0168] 本
说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0169] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”，“上”和“下”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备同时还存在另外的其它要素。
[0170] 以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如，根据本实施例中的拓扑电路利用对称特性得到的拓扑电路，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
