二极管箝位式多电平逆变器

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。

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。

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制吴可丽;夏长亮;张云;谷鑫【摘要】二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构.中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点.传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大.针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量.同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定.仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)024【总页数】9页(P110-117,170)【关键词】三电平逆变器;共模电压;中点电位平衡;虚拟空间矢量;相占空比法【作者】吴可丽;夏长亮;张云;谷鑫【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院天津 300072;天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TM464在大功率应用场合中，多电平变换器由于其开关器件承受的电压低、输出电压谐波含量小和开关频率低等优点，得到了越来越广泛的应用［1］。

其中二极管钳位型（Neutral Point Clamped，NPC）三电平逆变器是应用最广泛的一种多电平结构，它只需要一个独立的直流电压源，对硬件的要求较低［2，3］。

中点电位不平衡是NPC三电平逆变器的主要缺点，目前控制中点电位平衡的方法总体上分硬件方法和调制方法。

硬件方法需要增加硬件设备，使系统体积增大、成本增加［4，5］。

而调制方法不会增加硬件设备和控制系统，是一种较好的选择［6-8］。

虚拟空间矢量（Nearest Three Virtual Vectors，NTV2）调制方法利用基本电压矢量合成新的虚拟空间矢量，每个虚拟空间矢量满足产生的平均中点电流为零的条件，能够在全范围内控制中点电位平衡。

收稿日期:2002-10-14作者简介:吴志红(1961-),男,浙江宁波人,教授,工学博士.E mail:zhihong.w u@二极管钳位式多电平逆变器的拓扑结构分析吴志红1,陶生桂2,崔俊国2,毛明平2(1.同济大学中德学院,上海 200092; 2.同济大学沪西校区铁道与城市轨道交通研究院,上海 200331)摘要:为了解决低压(中压)主开关器件在高压应用情况下的矛盾,国外有许多学者提出了多电平逆变技术,并在铁路牵引系统中有初步应用.在分析三电平和五电平逆变器基础上,对多电平逆变器的拓扑结构进行归纳分析,总结出多电平逆变器的通用结构,并对多电平逆变器进行了电压空间矢量分析.关键词:多电平逆变器;电压空间矢量;钳位中图分类号:T M 464 文献标识码:A 文章编号:0253-374X(2003)10-1217-06Analysis on Topology Structure of Diode clam pingMulti level InverterW U Zhi hong 1,TA O Sheng gui 2,C UI J un guo 2,MA O M ing p ing 2(1.Sino German College for Post graduates,T ongji U niversity,Sh anghai 200092,China;2.Research Institute of Railw ay and Urban Mas s Tran sit,Tongji University West Campu s,Sh anghai 200331,China)Abstract :M any authors abroad proposed multi level inverter technology applied in the system of railw ay trac tion,to solve the difficulty in low voltage (medium voltage)m ain sw itch device applied to high voltage.The article analyzes the topology structure of multi level inverter and summaries the universal structure of multi level inverter,on the basis of analyzing three level and five level inverters.At the same time,the article ana lyzes and studies multi level inverters based on voltage space vector.Key words :m ulti level inverter;voltage space vector;clamping为了节约能源,提高生产效率,降低生产成本,采用高压大功率变频器成为人们的首选.但仍有一定技术上的困难阻碍变频调速技术在高压大容量场合中的应用,主要因素有: 逆变器主管耐压值不够高,与电力系统中高压范围不能直接匹配; 高电压电力电子器件的开关损耗较大,影响到逆变器的工作效率;!开关(脉冲)频率不能太高,逆变器输出波形的谐波含量较大,对有些负载装置要求高供电质量时还需要额外增加滤波器等.随着电力电子技术的发展,尤其是变频调速技术的发展,高压大功率调速技术逐步在各行业得到了一定的应用.在国内外铁路电牵引方面,网压多采用25kV AC 和15kV AC 供电方式,对于中间直流回路电压大于4kV DC 的牵引系统,需采用高压逆变技术.对于具有高速开关特性的开关功率器件,是不允许直接串联的.否则由于器件开关特性的分散性,中间回路的高电压直接加在晚开通的器件上,使晚开通开关功率器件可能承受高压而被击穿,进而导致整个桥臂上开关功率器件损坏.这种情况下采用开关功率器件直接串联将带来麻烦的开关功率器件的静态和动态的均压问题.大容量开关器件的发展也会随其物理性质而逐渐达到极限,而且容量越大,器件成本越高,实用性、可靠性就会大大降低.目前高压变频器的电路拓扑结构种类较多,相应的开关功率器件容量也越来越大.其主要有3种基本的拓扑结构: H 桥级连式(多重化); 电容钳位式;!二极管钳位式.这些直接高压变频器拓扑结构因输出电压第31卷第10期2003年10月同 济 大 学 学 报JOURNAL OF T ONGJI UN IVERSIT Y Vol.31No.10 Oct.2003比通用二电平变频器输出电平数多,而被称为多电平变频器.所谓多电平逆变技术,就是指逆变器输出相对于中间直流回路中点有多个电平.当电平数为3时,称为三电平逆变器,并可依此类推.下面就以三电平、五电平逆变器为例对二极管钳位式拓扑结构进行分析,以得到通用的二极管钳位式多电平逆变器拓扑结构.1 三电平逆变器[1]三电平逆变器是多电平逆变器中最简单又最有实用意义的一种电路.它属于电压型逆变器.所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧电压有3种取值的可能,即正端电压、负端电压和中点零电位.图1 三电平逆变器一相电路的原理图Fig.1 Principle of one arm circuit of 3 level inverter三电平逆变器主电路拓扑图最早是由德国学者提出的,它的结构如图1a 所示.这种拓扑结构仅仅是为了改善电压质量,降低电压谐波分量,在二点式的基础上在中间直流回路增加了一个零电平(由反并联的2个开关器件引出,并把零电平引入到逆变回路).后来经过日本学者的发展,用功率二极管代替主开关管,并利用中间的主开关器件把功率二极管引出的零电平加到输出端上,从而利用功率二极管的钳位达到输出电位相对于中间直流回路有3个值的目的.其结构如图1b所示.图中,三电平逆变器每一相主开关管数与续流二极管数都为4,钳位二极管数为2,电容数为2,平均每个主管承受正向电压为E d /2.比较图1a 和图1b 可知,图1b 采用的钳位二极管不但能达到引出中点电位的目的,而且使主管的耐压值降低为中间直流回路电压的一半,从而使这种拓扑结构在高压应用场合成为可能,同时也可以解决功率开关器件耐压值低与直流回路电压高之间的矛盾;并且用功率二极管代替开关器件可以降低逆变器的生产成本.图1b 所示的结构图成为三电平逆变器主电路中目前较为流行的拓扑结构.由于这种拓扑结构采用的是功率二极管钳位得到的中点电平,因此有人又称这种结构为中点钳位式结构(或二极管钳位式结构).将三电平逆变器拓扑结构引入到多电平逆变器中去,从而可得到实用的多电平逆变器结构图(即二极管钳位式逆变器拓扑结构).在第3节中将以五电平逆变器为例,讨论多电平逆变器的通用型拓扑结构.由电压空间矢量的定义,逆变器输出电压空间矢量为V r =(2/3)(V A + V B + 2V C ).式中: =e j2 /3,为矢量旋转因子;V A ,V B ,V C 为逆变器输出相电压.图2 三电平与二电平逆变器电压空间矢量图Fig.2 Spa ce volta ge vector representa tion of 3 level and 2 lev el inv erters 在电容分压均匀的前提下,把三电平逆变器输出电压代入电压矢量定义式,可得到其矢量图,如图2a 所示.通过计算分析可知道,三电平逆变器电压矢量图中最长的矢量幅值为(2/3)E d ,其他矢量幅值依次为:(1/3)E d ,(1/3)E d ,0,共有4种矢量幅值.三电平逆变器共有33=27种电压空间矢量,其中独立的电压矢量为1+1∀6+2∀6=19个,依次连接相邻的2个电压空间矢量,并定义以原点(零矢量)为中心的最外边的六边形为第1个六边形,依次向内的六边形为第2个、第3个(第3个六边形可看成缩至为零的虚六边形,即零矢量),则三电平逆变器电压空间矢量图共含有3个六边形.第1个六边形的边上中点与顶点处是独立的电压矢量,第2个六边形顶点处重复矢量数为2,第3个虚六边形原点重复矢量数为3.把矢量幅值与之对应起来,可以很清楚地看出三电平电压矢量分布规律.对矢量图分析一般按照对称原则,只分析其中60#区域.对于三电平逆变器矢量图,60#区域小三角形个数为:1+3=4.三电平逆变器输出相电压从波谷到波峰之间的电压等级数为:4∀2+1=9,输出线电压从波谷到波峰之间的电压等级数为:2∀2+1=5.而二电平逆变器对应的输出相电压的电压等级1218 同 济 大 学 学 报第31卷数为:4∀1+1=5;输出线电压的电压等级数为:2∀1+1=3.上述的分析方法可以应用到多电平和二电平逆变器中.以二电平逆变器电压矢量图为例,其矢量图如图2b 所示.该矢量图中共含有2个六边形,第1个六边形顶点处是独立的电压矢量,第2个虚六边形(原点)重复矢量数为2;60#区域小三角形个数为1;含有23=8种电压空间矢量,其中独立的电压矢量为7个。

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。

二极管钳位型三电平逆变器1介绍二极管钳位型三电平逆变器是一种高效能，可靠性高的电气设备，被广泛应用在工业生产，以及照明设备等领域。

在三相交流电中，它变换直流电，用于控制电机、变压器及其他电气设备。

2二极管钳位型三电平逆变器的原理二极管钳位型三电平逆变器，它包括了多个二极管和开关管。

一般来说，它需要三个阶段的操作。

第一阶段：激活开关管S1，同时使开关管S2控制电位降为零。

这会使电气负载单元被加到电源单元，从而使负载开启。

第二阶段：通过激活开关管S2，关闭开关管S1，这样电流就可以被逆变了。

此时，电流在电感加载的情况下流向电容。

第三阶段：在关闭开关管S2的同时，开关管S1被开启。

在这个状态下，逆向电流会通过电感，让电容上升至两个电源电位之间的电压。

3优点相对于传统的双电平逆变器系统，二极管钳位型三电平逆变器有很多优势。

更加高效：在输入电压较高的情况下，三电平逆变器能够执行最大的工作，并且它是一种非常高效的电气设备。

更加稳定：这种逆变器采用更好的逆变器设计，能够保持工作稳定，同时，它也能承受一定的电气负载。

更加灵活：相对于双电平逆变器，三电平逆变器更显得灵活多变，因为它能够产生3个电位，每个电位可以作为控制端口，可以运行多个电器。

4应用二极管钳位型三电平逆变器被广泛应用于像变频器，制动器和电机驱动器等控制电气设备中。

在高压变频器应用中，电压不稳定可能会导致大量的损耗，也可能造成危险。

这时，三电平逆变器就显得非常有用。

5结论总的来说，二极管钳位型三电平逆变器是一种高效能，可靠性高的电气设备。

因为它具有灵活性和效率高的特点，被广泛应用于各种电气设备中。

随着技术的不断进步，这种逆变器的功能还将不断得百尺竿头更进一步。

目录第一章绪论 (1)1.1多电平逆变器的背景 (1)1.2多电平逆变器的研究现状 (2)1.3多电平逆变器的应用 (3)第二章多电平逆变器的种类介绍 (6)2.1二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.2电容箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.3H桥级联式多电平逆变器及其优缺点 (7)第三章多电平变换器PWM调制策略 (8)3.1多电平变换器PWM调制策略的分类 (8)3.2多电平SPWM调制策略 (9)3.2.1 SPWM调制策略 (9)3.2.2 载波垂直分布多电平调制策略 (9)3.2.3 载波水平移相多电平调制策略 (10)3.2.4多载波SPWM调制策略谐波分析 (10)3.3多电平SVPWM调制策略 (46)3.3.1 SVPWM调制策略 (46)第四章多电平逆变器中的电压平衡技术 (48)第五章三电平中点箝位型逆变器SPWM控制策略与仿真 (53)5.1三电平NPC逆变器SPWM方法 (53)5.2基于MATLAB的三电平NPC逆变器SPWM仿真 (54)5.2.1仿真系统整体框图 (54)5.2.2 基于载波反向SPWM带电机负载的仿真模块 (55)5.3基于载波同向SPWM带电机负载的仿真模块 (57)5.3.1 SPWM开关信号的发生模块 (57)5.3.2仿真结果与分析 (57)5.4基于注入三次谐波的SPWM带电机负载的仿真模块 (58)5.4.1 SFOPWM开关信号的发生模块 (58)5.4.2仿真结果与分析 (58)5.5三电平NPC逆变器SPWM的实验结果 (59)5.6小结 (59)第六章总结展望 (60)第一章绪论1.1 多电平逆变器的背景电力电子技术自二十世纪50年代诞生以来,经过近半个世纪的飞速发展,至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。

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,将来研究的目标是高功率密度、高效率、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。

二极管中点钳位型三电平结构二极管中点钳位型三电平结构在电力电子领域，二极管中点钳位型三电平结构是一种重要的电路拓扑结构。

它在工业领域得到广泛应用，尤其在高功率电力转换器中起着至关重要的作用。

本文将从简单到复杂、由浅入深地介绍二极管中点钳位型三电平结构的原理、特点以及应用。

1. 什么是二极管中点钳位型三电平结构二极管中点钳位型三电平结构是一种特殊的多电平电压输出结构，可以通过控制开关管的导通与断开来实现不同电压级别的输出。

它由两个独立的能力相等、反向导通型的开关二极管组成，中点与系统的负极相连并接地。

这样设计的优势在于可以实现更低的开关损耗和更高的功率传递效率，同时减小对传感器和驱动电路的要求。

2. 二极管中点钳位型三电平结构的工作原理二极管中点钳位型三电平结构的工作原理基于电压的分段输出。

当两个开关管同时导通时，电压输出至最高级别；当两个开关管均断开时，电压输出至最低级别；而当一个开关导通、另一个开关断开时，电压在两级之间变化。

借助这种电压级别的变化，可以实现电力转换器的输出电压的调节和控制。

3. 二极管中点钳位型三电平结构的特点和优势二极管中点钳位型三电平结构具有以下特点和优势：- 较低的开关损耗：由于中点钳位结构，二极管承担了大部分的负载电压，从而减小了开关管的负载电压并降低了开关损耗。

- 高效率：通过减小电流进行分段输出，可以有效降低功率损耗，从而提高转换效率。

- 减小谐波失真：采用三电平结构可以减小谐波含量，提高转换器质量。

- 稳定性强：由于三电平结构可以提供更平滑的输出电压，因此转换器的稳定性较高。

- 适应性强：二极管中点钳位型三电平结构可以适应不同功率级别的电力转换器，并且具有较强的抗干扰能力。

4. 二极管中点钳位型三电平结构的应用二极管中点钳位型三电平结构广泛应用于各类电力电子设备，特别是高功率电力转换器中的应用。

它可以用于电力传输系统、电力变换设备以及直流输电系统等。

在交流/直流或者直流/交流的转换中也有着重要的应用价值。

多电平逆变器及其原理概论：庆杰学号：班级：13级应电3班摘要:对多电平逆变器的基本原理和多电平逆变器的各种拓扑进行了分析，同时指出了各类拓扑的优缺点。

分析了已有多电平逆变器不同的载波 PWM 控制方法，重点研究了多载波 PWM 控制方法，并以二极管钳位式五电平逆变器为例进行了仿真研究。

同时采用了三次谐波注入法，对输出波形的谐波进行改善。

关键词：三次谐波;二极管钳位；多电平逆变器；调制技术引言20 世纪 50 年代电力电子技术诞生以来，经过几十年的飞速发展，至今已被广泛应用于电力系统、电机调速等需要电能变换的领域。

日本学者南波江章（A.Naba）于1980 年提出三电平中点钳位逆变器以来，引起人们的普遍关注。

由于在节能、可靠性和性能指标等方面的巨大优势,使得它越来越多地被人们所采用。

经过近30 年的研发，很多学者相继提出了具有实际意义的多电平逆变器电路及多种多电平逆变器的调制控制方法。

当前的多电平逆变器的主要结构有：H 桥级联式（Cascaded H-bridge）、电容箝位式（Capacitor-Clamped）、二极管箝位式（Diode-Clamped）、飞跨电容嵌位式（Flying -Capacitors）。

为了更好地利用这项技术，许多研究人员提出了一些改进：在拓扑的研究方面，改进的主要方向是减少器件使用数量，并解决电容电压的不平衡等问题 ;在控制方面，改进的主要方向是优化输出波形和算法等。

1 多电平逆变器种类及优缺点分析1.1 二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点二极管钳位式多电平逆变器是研究最早和应用最多的一种多电平逆变器。

二极管钳位式多电平逆变器是通过串连的一系列电容将较高电压分成一系列较低的电压。

一个 M 电平的二极管钳位多电平逆变器在直流侧需要 M-1 个电容。

例如一个三相五电平二极管钳位式逆变器的一相，在其直流侧含有 4 个大小相同的电容 C1,C2，C3 和 C4。

若直流侧的总电压为 1V，那么每个电容上分得的电压为 V/4，并且通过钳位二极管的作用，每个开关器件上的电压应就限制在一个电容的电压 V/4 上，这样逆变器合成的输出电压就可以相对地提高了。

文章标题：深度探讨二极管钳位型和T型三电平SVPWM调制一、前言在现代电力电子技术领域，二极管钳位型和T型三电平SVPWM调制技术备受关注。

本文将针对这一主题展开深入探讨，帮助读者全面了解其原理、特点以及在实际应用中的意义和价值。

二、二极管钳位型和T型三电平SVPWM调制的基本原理1. 二极管钳位型SVPWM调制理论二极管钳位型SVPWM调制技术是一种针对中高功率变换器的PWM 控制技术。

其核心原理是通过对逆变器的输出电压进行有效的控制，实现对电机的精准控制。

该技术利用二极管的导通和截止特性，对逆变器输出波形进行修正，从而减小了逆变器开关管的开关损耗，提高了逆变器的效率和性能。

2. T型三电平SVPWM调制理论T型三电平SVPWM调制技术是近年来备受研究和应用的一种高性能PWM调制技术。

其主要原理是将传统的两电平SVPWM调制技术升级为三电平调制技术，通过增加中间电平，实现了电机转矩波形的更加平滑和精准控制。

该技术还可以有效降低逆变器输出谐波，减小电机和电网的电磁干扰。

三、二极管钳位型和T型三电平SVPWM调制技术的比较与分析1. 二极管钳位型与T型三电平SVPWM调制的异同在对二极管钳位型和T型三电平SVPWM调制技术进行比较时，我们可以发现它们都具有提高逆变器效率和电机控制性能的共同目标。

但二者在输出波形质量、逆变器损耗、电磁干扰抑制等方面存在一些显著差异。

具体来说，二极管钳位型技术在减小逆变器损耗、提高效率方面具有一定优势；而T型三电平SVPWM调制技术在输出波形质量和电磁干扰抑制方面表现更为突出。

2. 选择合适的调制技术的依据与建议在实际应用时，选择合适的调制技术不仅需要考虑技术性能和成本效益，还需要根据具体的电机和逆变器特性进行综合评估。

若是对逆变器效率和损耗有更高要求的应用场景，二极管钳位型SVPWM调制技术可能更为适合；而在对输出波形质量和电磁干扰抑制有更高要求的场景下，T型三电平SVPWM调制技术可能更为合适。

典型多电平逆变器拓扑结构从当前资料上能够得到的典型多电平逆变器，根据其结构形式可分为钳位式多电平逆变器和具有独立直流电源的级联式多电平逆变器两种，近年来还有采用级联叠加变压器的多电平逆变器等新型的多电平逆变器拓扑结构见诸文献资料，鉴于本项目采用的多电平逆变器结构，以下仅对典型多电平逆变器分类介绍。

一、钳位式多电平逆变器钳位式多电平逆变器是由基本逆变单元通过串、并联组合而成的单一直流电源、半桥式结构形式的多电平逆变器，主要包括二极管钳位式多电平逆变器(diode-clamped multi-1evel inverter)、电容钳位式多电平逆变器(flying-capacitor multi-1evel inverter)、混合钳位式多电平逆变器以及通用钳位式多电平逆变器。

二极管钳位式多电平逆变器是由德国学者于1977年首先提出，主要包括二极管串联钳位和二极管自钳位式多电平逆变器，采用多个二极管对相应的开关管进行钳位，同时利用不同的开关状态组合得到不同的输出电平数。

串联钳位结构解决了功率开关管串联均压问题，提高了输出电压的电平数，使输出电压和电流的总谐波含量大大降低，但是由于二极管的电压应力不均匀，需要不同的反向耐压，且在开关状态改变时，电流回路发生改变，钳位二极管电压突变，由于二极管杂散性，可能导致某个二极管承受的反向电压过高。

二极管自钳位式多电平逆变器解决了钳位二极管受压不均的问题，不但可以将功率开关管钳位在单个直流分压电容上，二极管也被钳位在单个直流分压电容电压上，避免了二极管直接串联存在的安全隐患。

二极管钳位式多电平逆变器所需的钳位二极管数量随着电平数的提高大大增加，导致成本提高、系统可靠性降低，所以采用该结构时直流侧分压电容一般少于四个。

图1.5 二极管钳位式逆变器，左为串联钳位、右为自钳位电容钳位式多电平逆变器是由法国学者于1992年首先提出，用多个飞跨电容取代二极管对功率开关进行钳位，利用不同的开关组合得到不同电平的输出电压，解决了二极管钳位式多电平逆变器中功率开关阻断电压不均衡和钳位二极管反向电压难以快速回复的问题。

准优化PWM技术在级联型多电平变流器中的应用1 引言目前，多电平变流器是高压变流器研究的热点之一。

多电平变流器具有电平阶数多、谐波含量小、开关频率低、开关损耗小、开关应力小和电压等级高等优点，容易满足高压大容量场合的要求。

经过多年的研究，多电平变流器的拓扑结构主要有:二极管箝位式、电容箝位式、带分离直流电源的串联式(又称级联型多电平变流器)、三相逆变器串联式、电压自平衡式[1]。

其中，二极管钳位式和级联型多电平变流器是高压大容量变流器的两种典型拓扑结构。

级联型变流器是以电压型单相全桥逆变电路(以下称为单元模块)为基本单元，其主电路拓扑结构如图1所示，它不仅具有多电平变流器的共同优点，还具有自身独特的特点，即单元模块易封装，易模块化，便于冗余设计和故障检修;由于低压逆变电路在技术上已经比较成熟，将这些成熟的技术应用于级联型多电平变流器，有利于对级联型多电平变流器的研究，而且低压变流器的发展研究必然推动级联型变流器的发展。

因此本文将级联型变流器作为研究对象。

图1 单相级联型变流器主电路拓扑结构错时采样空间矢量法[2]和载波相移spwm技术是针对级联型变流器提出的两种调制策略。

错时采样空间矢量法是载波相移的思想与电压空间矢量的结合，具有载波相移spwm技术和电压空间矢量两者的优点，直流电压利用率较高。

载波相移spwm技术实质是spwm与多重化技术的结合，spwm计算方法简单，应用普遍，但spwm技术存在着直流电压利用率低的缺点，因此，载波相移spwm技术的直流电压利用率也比较低。

本文以载波相移spw m技术为研究对象，为了提高直流电压利用率，将准优化pwm技术应用于载波相移spwm 技术中。

2 准优化pwm技术直流电压利用率是指当调制度m=1时，变流器输出的基波电压幅值与直流电源电压e的比值。

提高直流电压利用率可以提高变流器的输出能力。

通过对spwm输出波形的谐波分析可知，spwm三相逆变器输出线电压的基波幅值为，线电压直流电压利用率只有≈0.866<1，直流电压利用率不高，这是spwm的缺点之一[3]。

逆变器主回路的拓扑结构有多种，以下是一些常见的拓扑结构：
1.电压型逆变器主回路拓扑：电压型逆变器主回路采用电压源型结构，主要由整
流器、滤波电容和逆变器三部分组成。

整流器将输入的直流电转换为交流电，滤波电容用于储存电能，逆变器将直流电逆变为交流电供给负载。

2.电流型逆变器主回路拓扑：电流型逆变器主回路采用电流源型结构，主要由输
入滤波器、电流源逆变器、输出滤波器和负荷组成。

输入滤波器用于滤除谐波，电流源逆变器将直流电逆变为交流电，输出滤波器用于滤除谐波，负荷为逆变器的输出。

3.多电平逆变器主回路拓扑：多电平逆变器主回路采用多电平结构，主要有二极
管钳位型、电容飞跨型和级联多电平型等。

多电平逆变器能够输出多电平电压，因此其输出电压的波形更接近于正弦波，可以减小谐波对电网的影响。

4.矩阵式逆变器主回路拓扑：矩阵式逆变器主回路采用矩阵式结构，将多个电压
型或电流型逆变器组合在一起形成矩阵式逆变器。

矩阵式逆变器的输出电压和电流可以同时达到最大值，因此其输出功率可以最大化。

以上是一些常见的逆变器主回路拓扑结构，实际应用中需要根据具体需求选择合适的拓扑结构。

二极管钳位型多电平换流器二极管钳位型多电平换流器是一种常用的电力电子装置，可以用于电力系统中的直流输电和交流输电。

它通过将直流电源的电压波形转换为多个电平的脉冲波形，实现对电力的高效转换和控制。

本文将介绍二极管钳位型多电平换流器的原理、特点和应用。

一、原理二极管钳位型多电平换流器的基本原理是利用多个电平的脉冲波形来逼近所需输出电压的波形。

它由多个单元级组成，每个单元级由两个二极管和两个开关管（一正一负）组成。

其中，开关管按照不同的时间序列进行开关，通过调节开关的导通时间，可以实现不同电平的输出。

在换流过程中，当电流为正时，正极开关导通，负极开关断开，此时正极二极管导通，负极二极管截止，将电流导向正极；当电流为负时，正极开关断开，负极开关导通，此时正极二极管截止，负极二极管导通，将电流导向负极。

通过不断重复这一过程，可以将直流电源的电压波形转换为多个电平的脉冲波形。

二、特点1. 多电平输出：二极管钳位型多电平换流器可以通过调节开关的导通时间，实现多个电平的输出。

这样可以逼近所需输出电压的波形，提高电力转换的效率。

2. 高效节能：相比传统的单电平换流器，二极管钳位型多电平换流器可以减少电流的谐波，减小功率损耗，提高系统的效率和稳定性。

3. 控制精度高：由于可以精确控制开关的导通时间，二极管钳位型多电平换流器可以实现对输出电压的精确控制，满足不同电力系统的需求。

4. 可靠性高：二极管钳位型多电平换流器采用模块化设计，每个单元级独立工作，故障发生时可以局部修复，不会影响整个系统的运行。

三、应用二极管钳位型多电平换流器广泛应用于电力系统中的直流输电和交流输电。

在直流输电系统中，它可以将交流电源的电能转换为直流电能，实现高效输电。

在交流输电系统中，它可以将直流电源的电能转换为交流电能，实现电能的分配和调节。

二极管钳位型多电平换流器还可以用于电力系统的稳定控制和无功补偿。

通过调节开关的导通时间，可以实现对电压和无功功率的控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。