各种常用多电平逆变器小结

多电平逆变器技术介绍摘要本文首先介绍了多电平逆变器的发展历史，然后根据单电源供电和多电源供电的不同分别阐述了中点钳位型、电容钳位型和级联H桥型等几种多电平逆变器拓扑和工作原理。

关键词多电平；逆变器；钳位；级联H桥德国的学者Holtz于1977年提出了一种三电平逆变器，他在两电平半桥式逆变器电路的基础上，加人了开关管辅助钳位电路，得到了三电平电压输出。

但这种三电平逆变器由于采用的是开关管辅助钳位结构形式，故只能得到三电平输出，即使增多开关管也不能得到多电平输出，所以只能算是一种多电平逆变器的雏形，还算不上是真正的多电平逆变器。

1980年，日本长冈科技大学的南波江章(A. Kira Nabae)等人对其进行了改进与发展，在IEEE工业应用(IAS)年会上提出了二极管钳位式三电平逆变器主电路的结构。

这才开始进入到多电平逆变器的研发新阶段。

由于电力系统的发展、高压大功率交流电动机变频调速的发展和环保节能的需要，又促使高电压大功率多电平逆变器的研究进入到一个新高潮。

随着Akira Nabae二极管钳位式三电平逆变器的出现，1983年，P. M. Bhagwat等人将三电平扩展到五电平、七电平和多电平二极管钳位式逆变器。

1999年，Xiaoming Yuan提出了二极管自钳位多电平逆变器。

1992年，法国学者T. A. Meynard和H. Foch，提出了飞跨电容钳位式多电平逆变器。

2000年由Fang Z.Peng在综合了多种钳位式多电平逆变器(如二极管钳位式、飞跨电容钳位式以及二极管与飞跨电容混合钳位式多电平逆变器)的特点以后，在2000年的IEEE 工业应用(IAS)年会上，提出了一种通用式的多电平逆变器的主电路结构。

这种电路结构可以不需要借助于附加电路来抑制直流侧电容的电压偏移问题，并从理论上实现了一个真正的有实际应用价值的多电平逆变器的主电路结构。

此电路结构是以飞跨电容钳位的半桥式结构为基本单元组成的电容电压自平衡式通用钳位多电平逆变器。

多电平逆变器摘要多电平逆变器及其相关技术的研究与应用,是现代电力电子技术的最新发展之一,它主要面向高压大容量的应用场合近年来,多电平逆变器的研究受到广泛重视,并得到了一定的应用。

多电平逆变器输出端可以有更多级的输出电压波形,谐波含量小,波形更接近正弦波,逆变器性能更好,更适用于高压大容量的电力电子变换。

总结和比较了多电平逆变器各种基本拓扑结构的特点,它们主要包括了:二极管钳位式、飞跨电容钳位式,电容电压自平衡式和联型式拓扑,并且分析了它们的优缺点。

本文介绍了几种多电平逆变器调制方式。

关键字多电平逆变器拓扑结构调制策略1引言1.1 多电平逆变器的产生和发展背景电力电子技术自20世纪50年代诞生以来,经过半个多世纪的飞速发展,至今已被广泛应用于电力系统、电机调速系统及各种电源系统等需要电能变换的领域。

在低压小功率的用电领域,电力电子技术的各个方面己渐趋成熟,将来的研究目标则是高功率密度、高效率和高性能;而在高压大功率的工业和输配电领域,各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。

大功率电力电子装置如电力系统中的高压直流输电(HVDC),以静止同步补偿器(STATCOM)和有源电力滤波器(APF)为代表的柔性交流输电技术(FACTS),以及以高压变频为代表的大电机驱动和大功率电源等需要能够处理越来越高的电压等级和容量等级,同时,为了满足输出电压谐波含量的要求,这些大功率电力电子装置还要能够工作在高开关频率下,并且尽量减少电磁干扰(EMI)问题。

电力电子器件是电力电子装置的核心。

在过去几十年里,以GTO、BJT、MOSFET为代表的自关断器件得到长足的发展,尤其是以IGBT、IGCI,为代表的双极性复合器件的惊人进步,使得电力电子器件向大容量、高频、易驱动、低损耗、智能模块化的方向发展。

即便如此,在某些应用场合,传统的两电平电压源变换器拓扑,仍然不能满足人们对高压、大功率的要求。

并且,以现有的电力电子器件的工艺水平,其功率处理能力和开关频率之间是矛盾的,往往功率越大,开关频率越低。

三相两电平逆变器与三相三电平逆变器三相两电平逆变器与三相三电平逆变器，这两个名词听起来就像是一群调皮捣蛋的孩子，一个是两个调皮捣蛋，一个是三个调皮捣蛋。

那么，这俩孩子到底有什么区别呢？别着急，让我这个知识渊博的老司机来给你科普一下。

我们来说说三相两电平逆变器。

这个名字有点复杂，但其实它就是一种电力变换设备，将直流电转换成交流电。

它的“两电平”指的是它的输出电压有两个电平，分别是正半周和负半周。

这种逆变器的特点是输出波形比较稳定，对电器设备的保护性能较好。

但是，它的功率因数较低，不能直接驱动大功率的负载，需要再加上一个电子滤波器或者机械开关进行补偿。

接下来，我们来说说三相三电平逆变器。

这个名字听起来就很霸气，它的“三电平”指的是它的输出电压有三个电平，分别是正半周、负半周和零电平(即斩波电流)。

这种逆变器的特点是输出波形更加接近于正弦波，功率因数较高，可以直接驱动大功率的负载。

而且，它的效率更高，损耗更小。

但是，由于它的输出电压有零电平，所以在控制上有一定的难度。

那么，这两个孩子到底哪个更优秀呢？其实，这个问题没有绝对的答案，因为它们各有优缺点，适用于不同的场合。

如果你的需求是输出波形稳定、对电器设备保护性能好，那么三相两电平逆变器是个不错的选择；如果你的需求是输出波形接近正弦波、可以直接驱动大功率负载、效率高，那么三相三电平逆变器就是你的菜。

我们在选择逆变器的时候，还要考虑其他因素，比如价格、可靠性、维护成本等。

就像我们在购物时，不仅要看价格，还要看品质、售后服务等因素一样。

所以，老司机在这里给大家提个醒：在选择逆变器的时候，一定要综合考虑各种因素，才能买到性价比最高的那一款。

我想说的是，虽然三相两电平逆变器和三相三电平逆变器都是电力变换设备，但它们就像我们的生活中的各种角色一样，各有各的特点和用途。

我们要学会尊重它们，了解它们，才能更好地利用它们为我们的生活带来便利。

好了，今天的科普就到这里了。

多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。

二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。

飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。

级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。

它的优点是不存在电容平衡问题，电PWM控弦波，5电平以一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。

缺点：1）每相桥臂开关器件的工作频率不同，造成了各开关器件的负荷不一致；2）对于m电平电路来说，每个桥臂需要（m-1）（m-2）个箝位二极管，即随着电平数的增加，所需箝位二极管数目将快速增加，成本增加；3）电平数越大，利用冗余开关状态来平衡分压电容的电压平衡的控制算法就越复杂。

二极管箝位型三电平逆变器1.拓扑结构三电平逆变器共有33=27的空间电压矢量，3个零矢量，独立的空间电压矢量有19（=1+1*6+2*6）个，60°区域小三角形个数为1+3=4。

2.控制策略1实际上，2运算34①坐标变换采用的60°坐标系为g-h坐标系，取g轴与α轴重合，逆时针旋转60°为h轴，设参考矢量，坐标系α-β到g-h坐标系的坐标变换公式为：则坐标系a-b-c到g-h坐标系的坐标变换公式为：归一化处理后（矢量坐标整数化），将三电平逆变器的基本矢量变换至g-h坐标系，得到的变换到60°坐标系下三电平逆变器的空间矢量图如图所示：②矢量分区方法扇区的确定方法：空间矢量图可分成6个扇区（A-F），设参考电压矢量在60°坐标系中的坐标为。

多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。

二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。

飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。

级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。

它的优点是不存在电容平衡问题，电路可靠性提高，易于模块化，适合7电平、9电平及以上的多电平应用，是目前应用最广的多电平电路。

缺点是需要多路独立的直流电源且不易实现四象限运行。

多电平逆变器的PWM控制策略可分为：在上述的多电平逆变器的PWM控制法中，空间电压矢量控制法适用于三-五电平的逆变器，五电平以上的多电平逆变器空间电压矢量数目较多，控制算法复杂，不适合用该方法。

对于五电平以上的多电平逆变器，适合采用载波调制PWM控制法。

载波层叠PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，既可用于二极管箝位型和飞跨电容型逆变器，也可以应用于具有独立直流电源的级联型逆变器。

载波移相PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，则适合于级联型多电平逆变器。

开关频率优化PWM控制法由于正弦调制波中加入了三次谐波，因而只适用于三相多电平逆变器。

对于三相具有独立直流电源的级联型多电平逆变器，载波移相和开关频率优化结合的PWM控制法，可提高等效开关频率，控制效果更好。

多电平三相逆变器中，空间矢量密集，可供选择的矢量模大小种类很多，电压合成更加接近正弦波，所以多电平的空间电压矢量法控制进度高，输出电压的谐波含量小。

但在电平数在5电平以上的多电平逆变器中，此时空间电压矢量PWM法控制算法非常复杂。

一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。

有源中点钳位三电平一、概述有源中点钳位三电平是一种常见的多电平逆变器拓扑结构，它可以将直流电压转换为多种不同的交流电压，并且具有较高的效率和可靠性。

该拓扑结构由两个全桥逆变器和一个中间电感组成，其中一个全桥逆变器用于控制正半周输出电压，另一个全桥逆变器用于控制负半周输出电压，中间电感则用于实现有源中点钳位。

二、工作原理有源中点钳位三电平逆变器的工作原理如下：1. 正半周输出：当S1、S4导通时，正半周期输出为Vdc/2；当S2、S3导通时，正半周期输出为-Vdc/2；当S1、S2或S3、S4导通时，正半周期输出为0V。

2. 负半周输出：当S5、S8导通时，负半周期输出为-Vdc/2；当S6、S7导通时，负半周期输出为Vdc/2；当S5、S6或S7、S8导通时，负半周期输出为0V。

3. 中点钳位：当正负两个全桥逆变器同时将其对应的开关关闭时（即S1、S4和S6、S7同时关闭，或者S2、S3和S5、S8同时关闭），中间电感将会产生一段时间的电压波动，此时有源中点钳位即形成。

三、优点1. 输出电压更加平滑：有源中点钳位可以使输出电压在切换时更加平滑，减小了谐波分量，降低了对负载的干扰。

2. 输出电压范围更广：由于可以输出多种不同的电压，因此适用范围更广。

3. 效率高：相较于其他多电平逆变器结构，有源中点钳位三电平逆变器具有更高的效率。

四、应用由于其输出电压范围广、效率高等优点，有源中点钳位三电平逆变器被广泛应用于各种领域，如工业控制、交通运输、新能源等。

其中，在新能源领域中，它常用于太阳能或风能发电系统中的逆变器结构。

五、总结有源中点钳位三电平逆变器是一种常见的多电平逆变器拓扑结构，其具有输出电压平滑、效率高等优势。

在实际应用中，它被广泛应用于工业控制、交通运输、新能源等领域。

两电平逆变器和三电平逆变器大家好，今天咱们来聊一聊电力系统中的两个“硬核”存在——两电平逆变器和三电平逆变器。

听起来可能有点复杂，对吧？别担心，咱们就像在茶馆里喝着茶，慢慢聊，不急不躁。

先说说这两者的“前世今生”，让你能更清楚地知道它们到底是干啥的。

咱们从两电平逆变器开始。

你可以想象，它就像是一个开关，开了电流通过，关了电流就停了。

简单、粗暴。

它把直流电变成交流电，这样电力就能送到家里、厂里，甚至是电动汽车上。

这两电平的意思，就是它有两个状态，一个是0，一个是1。

你可以理解为开和关，电流要么是完全传输，要么就完全没有。

这种方式比较直观，效率也还不错，所以在一些场合下挺好用。

比如咱们常见的家用太阳能逆变器，很多就用的这种两电平设计。

它能把太阳能板收集到的直流电，转化成咱们可以用的交流电，让咱们的家里可以亮堂堂的。

但是，话说回来，这种两电平的方式也有缺点。

就是在切换的时候，电流的波动比较大，容易产生电磁干扰。

你可以把这想象成一辆车，在高速公路上突然刹车，车子的反应可能不太好，甚至会产生一些震动和噪音。

这就是为什么有些高端应用，比如说风力发电、大型工业设备里，通常用的不是两电平，而是三电平逆变器。

这三电平逆变器就厉害了，简直是两电平的“大哥”。

它不仅仅有“开”和“关”这两个状态，还有一个“中间档”。

你可以想象成是汽车的三挡，不仅可以加速，也能平稳驾驶。

在三电平逆变器中，电流的切换会更平稳一些，电磁干扰也小，整个系统更加稳定。

这样一来，电力转换效率更高，适用于那些对电力质量要求特别高的场合。

比如大功率的电力系统，或者一些需要精密控制的设备。

说到这里，可能你会觉得，两电平和三电平的差别，听起来就像是“低配”和“高配”版的区别。

其实不完全是。

两电平逆变器虽然简单，但成本低，应用广泛，操作起来也不复杂。

很多时候，简单的东西反而更好用，尤其是在一些要求不那么苛刻的场合。

比如你家里装的那套光伏系统，可能就是个典型的两电平逆变器，能满足日常需求，又便宜实惠。

级联多电平逆变器级联多电平逆变器是一种用于电力转换的重要设备，其主要功能是将直流电转换为交流电。

它通过将直流电源输入转换为多个电平的直流电压，再将其转换为交流电压输出。

级联多电平逆变器具有高效率、高可靠性和较高的输出质量等优点，被广泛应用于电力系统、电动汽车、太阳能发电等领域。

级联多电平逆变器的工作原理是通过多级电路来实现对输入电压的精确调节。

一般来说，级联多电平逆变器由多个逆变单元组成，每个逆变单元都包含一个开关和一个电容。

这些逆变单元按照一定的顺序连接在一起，形成一个级联的结构。

当输入电压经过每个逆变单元时，开关会根据控制信号的指令来切换开关状态，从而实现对电压的调节。

这样，级联多电平逆变器就能够将输入的直流电压转换为多个不同电平的直流电压，并进一步将其转换为交流电压输出。

级联多电平逆变器具有多个电平输出的优点。

首先，多电平输出可以减小输出电压的谐波含量，提高输出电压的质量。

这在一些对电压质量要求较高的应用中尤为重要，例如电力系统中的电力质量调节。

其次，多电平输出可以提高逆变器的效率。

通过将输入电压分成多个电平进行处理，可以减小开关器件的损耗，提高逆变器的转换效率。

此外，多电平输出还可以提高逆变器的可靠性。

由于多个逆变单元可以相互独立地工作，一旦某个逆变单元出现故障，其他逆变单元仍然可以正常工作，从而保证了逆变器的可靠性。

级联多电平逆变器的控制方式也有多种。

其中一种常用的控制方式是基于PWM调制技术的控制。

PWM调制技术可以通过调节开关器件的开关频率和占空比来实现对输出电压的精确调节。

通过将PWM控制信号传输到每个逆变单元，可以实现对电压的精确控制。

另外，还有一种常用的控制方式是基于谐波消除技术的控制。

这种控制方式通过控制每个逆变单元的输出相位差来实现对输出电压谐波的消除，从而提高输出电压的质量。

级联多电平逆变器是一种用于电力转换的重要设备。

它通过将输入的直流电压转换为多个不同电平的直流电压，并进一步将其转换为交流电压输出。