典型多电平逆变器拓扑结构

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。

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。

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。

h桥级联多电平逆变器电路拓扑H桥级联多电平逆变器电路是一种多电平逆变器拓扑结构，常用于电力电子领域，特别是在高功率、高效率、低失真要求的应用中。

它可以将直流电源转换为多个不同电平的交流电源，从而满足不同负载的需求。

让我们了解一下H桥逆变器的基本原理。

H桥逆变器是由四个开关器件（通常是MOSFET或IGBT）组成的桥式电路。

通过控制这四个开关器件的导通和截断，可以实现将直流电源的正负极性反转，从而产生交流电信号。

这种逆变器结构具有较高的灵活性和可控性，适用于许多不同的应用。

而H桥级联多电平逆变器电路是在传统H桥逆变器的基础上进行了改进和扩展。

它通过将多个H桥逆变器级联连接，实现了输出电压的多电平控制。

每个H桥逆变器都可以独立地控制输出电压的大小和极性，从而实现了更加精确的输出控制。

这种多电平的输出控制可以带来许多优势。

首先，它可以提供更高的输出电压分辨率，从而提高了系统的动态响应性能。

其次，它可以减小输出电压的谐波含量，降低了变频器对负载的干扰。

此外，多电平控制还可以提高逆变器的效率，减少能量损耗。

H桥级联多电平逆变器电路在实际应用中具有广泛的用途。

例如，在电力系统中，它可以用于高压直流输电和柔性直流输电等领域。

在交通运输领域，它可以用于电动汽车、混合动力汽车和高速列车等电动化交通工具。

此外，它还可以应用于可再生能源发电系统、工业控制系统和电力电子设备等领域。

总结起来，H桥级联多电平逆变器电路是一种重要的电力电子拓扑结构，可以实现多电平的输出控制，提高系统的性能和效率。

它在电力系统、交通运输和工业控制等领域具有广泛的应用前景。

随着电力电子技术的不断发展和创新，相信H桥级联多电平逆变器电路在未来会发挥更加重要的作用。

全桥级联式多电平逆变技术及其拓扑结构拓展全桥级联式多电平逆变技术及其拓扑结构拓展随着现代电力电子技术的发展，对于高性能电力系统的需求越来越迫切。

而全桥级联式多电平逆变技术，作为一种高性能和高可靠性的电力电子系统，正在被越来越多地应用于现代电力电子领域。

本文将详细介绍全桥级联式多电平逆变技术及其拓扑结构拓展。

一、全桥级联式多电平逆变技术简介全桥级联式多电平逆变技术，指的是在每个半周期中使用多个电平实现对电力信号的高精度调节以及高质量输出。

该技术通过使用多个电平使电力信号在改变频率的同时，同时达到了改变幅值、控制谐波等方面的多种目的。

与传统的单电平逆变技术相比，全桥级联式多电平逆变技术可以更加精确地控制交流电传输和转换的过程，减少谐波和噪声的干扰，实现了更加优质的电力输出效果。

二、全桥级联式多电平逆变技术拓扑结构全桥级联式多电平逆变技术的拓扑结构主要由外围电路、桥臂电路和电源电路组成。

其中，电源电路负责提供所需的直流电压，桥臂电路对电源电路产生的电压实施变换，而外围电路则完成各种控制性质的操作。

为了提高全桥级联式多电平逆变技术的输出精度和效果，近年来，学者们在其拓补结构上进行了不断的创新和拓展。

例如，引入了各种高精度的调制技术和控制算法，研究了不同的基于能量损耗和谐波抑制等方面的控制策略，以及优化各个电路单元之间的传递效率等等。

三、拓扑结构拓展在拓扑结构拓展方面，近年来主要有以下几个方向：1. 添加分组电感器：分组电感器的加入可以帮助减少在全桥变频过程中的电能损耗，提高系统的转换效率，并降低对并联电容器的需求。

2. 应用增量式电容电压倍加电路（Partial Capacitive Voltage Multiplier，PCVM）：PCVM拥有更高的输出电压级数，可以更加精确地调节电力信号的幅值和波形，提高整个系统的电力传输和转换效率。

3. 引入流量抑制和磁阻抑制等技术：这些技术可以帮助控制交流电传输和转换的过程中产生的谐波和电磁干扰，减少系统的能量损耗和噪声干扰，同时增强系统的稳定性和可靠性。

三电平变频器拓扑结构比较三电平变频器是一种常用的电力电子变流器拓扑结构。

它具有较高的电压转换能力和较低的谐波失真率，被广泛应用于交流电机调速、高压直流输电、新能源发电等领域。

以下将对三种常见的三电平变频器拓扑结构进行比较，包括三电平逆变器、三电平斩波逆变器和三电平换流器。

首先，三电平逆变器是最常见和最简单的三电平变频器拓扑结构。

它由两个不同的逆变桥和一个直流电压源组成。

在正弦波调制情况下，三个辅助开关分别用于生成三个不同的电平，从而实现三电平逆变。

该拓扑结构具有结构简单、可靠性高、成本低的特点。

然而，它的控制策略较为复杂，对控制信号的处理较为困难。

其次，三电平斩波逆变器是在传统逆变器的基础上增加了一个三电平斩波电路。

该电路可将直流电压分为三个等级，并通过斩波电路将直流电压分配给每个逆变桥。

这样可以实现三电平逆变，从而减小了谐波失真。

该拓扑结构较为复杂，采用的斩波电路需要较大的电容容量和多个开关元件，从而增加了系统的体积和成本。

同时，它的输出电压含有颤振现象，对输出电压的调整较为困难。

最后，三电平换流器也是一种常见的三电平变频器拓扑结构。

它由两个双电平换流器和一个直流电压源组成。

换流器可以通过改变电容器连接方式实现三个不同的电平。

这样，在正弦波调制情况下，输出电压可以模拟为三个不同的电平。

该拓扑结构具有结构简单、控制策略相对简单、输出电压调节范围大的特点。

然而，它的输出电压含有自激振荡问题，需要进行相应的控制策略设计。

在应用方面，不同的三电平变频器拓扑结构具有不同的适用场景。

三电平逆变器适用于小功率变频调速、磁悬浮列车等领域。

三电平斩波逆变器适用于高功率交流电机调速、中压直流输电等领域。

三电平换流器适用于中小功率电力电子器件的教学研究、新能源发电等领域。

综上所述，三电平变频器是一种常用的电力电子变流器拓扑结构。

不同的三电平变频器拓扑结构具有各自的特点和适用场景。

在选择和设计三电平变频器时，需要综合考虑系统的性能要求、成本、体积和控制策略等因素。

基于三电平典型拓扑结构的SVPWM调制策略研究作者：王超然刘宇蝶来源：《无线互联科技》2024年第12期摘要：當前，我国的新能源技术面临发电量受外界因素影响较大、电能不能稳定输出等问题，大功率变换器的使用是解决此问题的关键，多电平逆变器能够满足大功率变换器的高压大功率化需求。

文章以T型三电平逆变器为研究对象，分析了其调制算法和中点电位平衡问题，并进行了仿真验证。

根据空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）算法的原理，文章分析了中点电位不平衡对空间电压矢量作用的不良影响。

基于MATLAB/Simulink平台，文章搭建了仿真模型，仿真结果证明了三电平SVPWM算法对中点平衡控制策略的有效性。

所提方法能够弥补原有算法操作复杂的不足，对三电平乃至多电平逆变器的工程应用具有促进作用。

关键词：T型三电平逆变器；中点电位不平衡；SVPWM算法中图分类号：TM464；TP273文献标志码：A0 引言随着现代电力电子技术的迅速发展，适用于不同场合的多电平逆变器所具有的拓扑结构层出不穷，所对应的调制算法也千差万别。

T型三电平逆变器利用2个反向串联的功率开关管将直流母线侧的中点与输出端相连，实现中点箝位功能和零电流切换。

当中点电位发生变化时，T型三电平逆变器拓扑能够解决上、下桥臂的开关管功率损耗分布不均的问题，但存在中点电位动态不平衡的问题［1］。

空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）的算法原理是将逆变器的输出状态转化为空间电压矢量，通过空间矢量的切换控制三电平变流器的开关管工作。

SVPWM算法所形成的系统模型简单，输出波形在大范围调制比内具有良好的性能、较小的输出谐波含量以及较高的电压利用率，易于实现抑制中点电位波动、减小谐波含量、减少开关频率等控制目标［2］。

因此，本文以三电平T型逆变器为研究对象，深入研究其SVPWM策略，弥补原有算法复杂、实际操作困难的缺陷；利用简易算法实现T型三电平逆变器的SVPWM；建立MATLAB/Simulink模型，分析了SVPWM算法对中点电位不平衡问题的抑制作用。

2009年3月电工技术学报Vol.24 No. 3 第24卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2009 一种混合级联型多电平逆变器拓扑结构饶建业李永东（清华大学电力电子研究所北京 100084）摘要在交流电动机调速领域，大容量多电平变换器的应用越来越广泛，为了改善系统性能，各种各样的多电平拓扑结构被提出。

本文提出了一种新颖的混合级联式多电平拓扑结构，该结构将传统的H桥逆变器（主逆变器）和二极管钳位型三电平逆变器（从逆变器）结合起来，串联为电动机供电，而这其中仅仅只有主逆变器需要电压源。

这种新型的拓扑结构由于增加了从逆变器作为辅助单元用于能量存储，可以提高系统的效率，一定程度上实现电动机的四象限运行。

相比传统的H桥逆变器，该拓扑可以减少输入电压源的数目；当电动机以稳定速度运行时，从逆变器可以为负载提供无功能量。

该拓扑结构在电力机车和大型舰船推进系统等领域有着广泛的应用前景。

关键词：混合级联型多电平逆变器电动机驱动超级电容中图分类号：TM464Investigation of Control Method for a Hybrid CascadedMultilevel InverterRao Jianye Li Yongdong（Tsinghua University Beijing 100084 China）Abstract In recent years, multilevel inverters are becoming more and more popular in the medium-high voltage AC drive system. Various multilevel inverter topologies have been proposed to enhance the performance of motor drive system. This paper presents a hybrid cascaded multilevel inverter scheme, in which the H-bridge inverter (main inverter) and the 3-level diode clamped inverter (conditioning inverter) are connected together to drive the motors, but only the main inverter needs dc voltage source. The conditioning inverter’s capacitors can be used to store and reuse the braking energy of motor loads. Additionally, compared with the traditional H-bridge inverter, this scheme can reduce the dc sources while maintaining the same voltage output. Further more, when the motor is at a steady speed, the conditioning inverter can provide the reactive power to the motor and the capacitor’s voltage can be kept balanced. This scheme has a wide range of practical applications, especially in the electric vehicle motor drive and marine propulsion system.Keywords：Hybrid cascaded multilevel, inverter, motor drives, super capacitors1引言目前，大容量变频器在工业领域取得了广泛应用。

三种三电平逆变电路拓扑结构英文版Three Three-Level Inverter Circuit TopologiesAbstract:This article presents an overview of three different three-level inverter circuit topologies: the Neutral Point Clamped (NPC), the Flying Capacitor (FC), and the T-Type. Each topology is analyzed for its unique characteristics, advantages, disadvantages, and applications.1. Introduction:Inverter circuits are widely used in power electronics systems for converting DC power to AC power with variable voltage and frequency outputs. Three-level inverters are a class of inverters that offer higher voltage outputs with reduced harmonic distortion compared to traditional two-level inverters. This article explores three different topologies for three-level inverters: the NPC, FC, and T-Type.2. Neutral Point Clamped (NPC) Topology:The NPC topology is one of the earliest and most widely used three-level inverter topologies. It consists of two DC power sources, four switches per phase, and a neutral point that clamps the middle level. This topology offers high voltage output, low harmonic distortion, and good dynamic performance. However, it requires a balance between the two DC sources and can be complex to control.3. Flying Capacitor (FC) Topology:The FC topology uses capacitors to generate the third level without the need for a neutral point. Each phase has two switches and two capacitors. This topology is relatively simple, compact, and easy to control. However, it can suffer from voltage balancing issues and requires careful selection of capacitors to ensure reliable operation.4. T-Type Topology:The T-Type topology is a recent development in three-level inverter technology. It combines the simplicity of the FCtopology with the voltage balancing capabilities of the NPC topology. This topology uses two switches per phase and a single capacitor, making it both compact and cost-effective. However, it may have limited dynamic performance compared to other topologies.5. Conclusion:Each of the three three-level inverter topologies presented in this article has its unique advantages and disadvantages. The choice of topology depends on the specific requirements of the application, such as voltage output, harmonic distortion, dynamic performance, and cost. Future research can focus on optimizing these topologies for specific applications and exploring new topologies that offer improved performance.中文版三种三电平逆变电路拓扑结构摘要：本文概述了三种不同的三电平逆变电路拓扑结构：中点钳位（NPC）、飞跨电容（FC）和T型。

三电平逆变器的设计三电平逆变器的设计包括拓扑结构和控制策略两个方面。

首先，我们需要选择适当的拓扑结构。

常见的三电平逆变器拓扑结构包括NPC （Neutral-Point Clamped）和T-type（也称为Flying Capacitor）。

1.NPC逆变器：该拓扑结构是最常用的三电平逆变器拓扑，它包括两个单元级别的电压源逆变器和一个中性点夹紧电路。

中性点夹紧电路用于夹紧中性点电位，使其保持在一个固定的电位上。

这样可以实现更高的输出电压质量和更低的谐波失真。

2.T型逆变器：该拓扑结构由四个开关器件和三个电容器组成。

通过控制电容器的充放电过程可以实现三个不同的输出电压水平。

与NPC逆变器相比，T型逆变器具有更低的开关损耗和更简单的控制策略。

除了拓扑结构，逆变器还需要设计相应的控制策略来实现稳定的输出电压波形。

常见的控制策略包括脉宽调制（PWM）和无功功率控制（Q- control）。

1.PWM控制：该控制策略通过调节开关器件的通断时间来控制输出电压的幅值和频率。

具体来说，PWM控制策略将输入直流电压转换为一系列脉冲信号，通过改变脉冲信号的宽度和周期来调节输出电压的幅值和频率。

通过合理设计PWM调制器的参数和采样周期，可以实现稳定的输出电压波形。

2.Q-控制：该控制策略用于调节无功功率输出。

当电网电压发生波动时，Q-控制策略可以自动调节逆变器的工作状态，以保持稳定的无功功率输出。

通过监测电网电压和逆变器输出电流的相位差，并根据设定的无功功率输出要求，Q-控制器可以自动调节逆变器的开关器件，以实现稳定的无功功率控制。

在设计过程中，还需要考虑逆变器的功率损耗、热管理、故障保护等方面。

合理选择功率开关器件、电容器和电感器的参数，并采取适当的散热措施，可以有效降低逆变器的功率损耗和提高系统的可靠性。

总结起来，三电平逆变器的设计涉及拓扑结构选择、控制策略设计和其他相关方面的考虑。

通过合理的设计和优化，可以实现高效率、高质量的电能转换和稳定的电能供应。

多电平变换器的概念自从A.Nabael在1980年的IAS年会上提出以后，以其独特的优点受到广泛的关注和研究。

首先，对于n电平的变换器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/（n－1），这就使得能够用低压器件来实现高压大功率输出，且无需动态均压电路；多电平变换器的输出电压波形由于电平数目多，使波形畸变(THD)大大缩小，改善了装置的EMI特性；还使功率管关断时的dv/dt应力减少，这在高压大电机驱动中，有效地防止了电机转子绕组绝缘击穿；最后，多电平变换器输出无需变压器，从而大大减小了系统的体积和损耗。

因此，多电平变换器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波装置、高压直流（HVDC）输电系统和电力系统无功补偿等方面有着广泛的应用前景。

1 多电平变换器的拓扑结构国内外学者对多电平变换器作了很多的研究，提出了不少拓扑结构。

从目前的资料上看，多电平变换器的拓扑结构主要有4种：1）二极管中点箝位型（见图1）；2）飞跨电容型(见图2)；3）具有独立直流电源级联型（见图3）；4）混合的级联型多电平变换器。

图1 二极管箝位型三电平变换器图2 飞跨电容型三电平变换器图3 级联型五电平变换器其中混合级联型是3）的改进模型，它和3）的结构基本上相同，唯一不同的就是3）的直流电源电压均相等，而4）则不等。

从图1至图3不难看出这几种拓扑的结构的优缺点。

二极管箝位型多电平变换器的优点是便于双向功率流控制，功率因数控制方便。

缺点是电容均压较为复杂和困难。

在国内外这种拓扑结构的产品已经进入了实用化。

飞跨电容型多电平变换器，由于采用了电容取代箝位二极管，因此，它可以省掉大量的箝位二极管，但是引入了不少电容，对高压系统而言，电容体积大、成本高、封装难。

另外这种拓扑结构，输出相同质量波形的时候，开关频率增高，开关损耗增大，效率随之降低。

目前，这种拓扑结构还没有达到实用化的地步。

级联型多电平变换器的优点主要是同数量电平的时候，使用二极管数目少于拓扑结构1）；由于采用的是独立的直流电源，不会有电压不平衡的问题。

三电平逆变器拓扑结构
三电平逆变器是一种常用的逆变器拓扑结构，它具有三个电平输出，可以实现更低的谐波失真和更高的输出质量。

三电平逆变器的拓扑结构如下：
1. 主桥臂：主桥臂由四个开关器件组成，通常为IGBT或MOSFET。

这些开关器件通过控制其导通和截止状态，实现电流的倒换和逆变输出。

2. 辅助桥臂：辅助桥臂也由四个开关器件组成，通常也是IGBT或MOSFET。

辅助桥臂通过控制其导通和截止状态，实现对输出电压的调节和控制。

3. 中性点：三电平逆变器还具有一个中性点，用于连接电源和负载。

中性点可以通过连接一个电感和电容的LC滤波电路来实现，用于平衡电路的工作。

三电平逆变器的工作原理是，通过控制主桥臂和辅助桥臂的开关器件的导通和截止状态，将输入电压倒换并输出为三个电平的逆变电压。

通过对开关器件的准确控制，可以使逆变器输出的电压近似于正弦波，并且具有较低的谐波失真。

三电平逆变器的优点是输出质量高、谐波失真小、效率高，适用于需要高质量输出电压的应用场合，如电机驱动、太阳能发电等。

但同时，控制复杂度较高，成本也相对较高。

三电平逆变拓扑三电平逆变拓扑是一种常用的电力电子拓扑结构，用于将直流电转换为交流电。

它通过控制开关管的通断状态，实现对输出电压的调节，具有输出电压波形质量高、控制灵活性强等优点。

本文将从拓扑结构、工作原理和应用领域三个方面对三电平逆变拓扑进行探讨。

一、拓扑结构三电平逆变拓扑由两个半桥逆变电路组成，每个半桥电路由两个功率开关管和两个二极管组成。

其中，上半桥电路的两个功率开关管分别接在直流电源的正负极间，下半桥电路的两个功率开关管分别接在直流电源的负正极间。

两个半桥电路的输出端通过交流电感相连接，形成一个三电平逆变拓扑结构。

二、工作原理三电平逆变拓扑的工作原理是通过控制上下半桥电路中的功率开关管的通断状态，实现对输出电压的调节。

在工作过程中，根据输入信号的大小和频率，控制开关管的通断时间，从而调节输出电压的大小和波形。

通过合理的控制策略，可以使输出电压在正、零、负三个电平之间切换，从而实现输出电压的三电平波形。

三、应用领域三电平逆变拓扑广泛应用于交流电机驱动、电力调制、无线通信等领域。

在交流电机驱动中，三电平逆变器可以提供更高质量的输出电压波形，减小电机噪声和振动，并提高电机的效率和稳定性。

在电力调制中，三电平逆变器可以提供更稳定、纯净的交流电，用于电力系统中的能量输送和电力质量改善。

在无线通信中，三电平逆变器可以提供稳定的交流电源，用于供应通信设备的电力需求。

三电平逆变拓扑是一种常用的电力电子拓扑结构，具有输出电压波形质量高、控制灵活性强等优点。

它通过控制开关管的通断状态，实现对输出电压的调节，广泛应用于交流电机驱动、电力调制、无线通信等领域。

随着电力电子技术的不断发展，相信三电平逆变拓扑将在更多领域发挥重要作用，为人们的生活和工作带来更多便利和舒适。

简介多电平高压变频器的两种拓扑结构简介多电平高压变频器的两种拓扑结构摘要：多电凭高压变频器自诞生以来就在节能和环保方面体现出极高的价值，也引起了众多的学者进行研究。

本文对多电平高压变频器的两种主要拓扑结构及其原理进行分析。

关键词：三电平；单元串联多电平；应用About multi-level high-voltage converter topology of the two TANG Xing Long LIU Hui Kang XIONG Wen SUN Kai （Wuhan University of Science and Technology College of Information Science and Engineering,Wuhan Hubei 430081）Abstract: With high voltage inverter, since its birth in the energy-saving and environmental protection reflects the high value, it also caused a lot of academics for research. In this paper, the multi-level high-voltage converter topology of the two main structure and principles for analysis.Key words: Level 3; Series multi-level unit; Application1 前言对于高压电动机，我们如果采用传统的三相六拍的结构变频器对电动机进行控制，由于电压过高，加上电力电子器件开关速度的提高，这样开关器件输出的值就会很大。

由于电动机的绕组的中性点是不接地的，电动机每绕组对地存在分布电容，输出电压的变化相当于电容两端电压的变化，即对电容的频繁充放电，充放电对电动机定子绕组的绝缘将造成冲击，而且越大，冲击也越大。

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。

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。