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引言

　　由于受電力電子器件電壓容量的限制，傳統的兩電平變頻器通常采用“高-低-高”方式經變壓器降壓和升壓來獲得高壓大功率，或采用多個小容量逆變單元經多繞組變壓器多重化來實現，這使得系統效率和可靠性下降。因而，人們希望實現直接的高壓逆變技術。

1 簡介

　　級聯多電平逆變器是由若干個基本逆變單元（例如h橋逆變器）通過串聯連接而形成的單相或三相逆變器。每一個逆變單元可以輸出方波或階梯波，通過輸出波形的疊加合成，形成更多電平臺階的階梯波，以逼近逆變器的正弦輸出電壓。這種電路的特點：隨著逆變器級聯數目的增加，輸出電壓的電平數增加，從而使得輸出電壓或電流波形的諧波含量減小;由于多個逆變單元串聯完成整個逆變任務，雖然整體輸出開關頻率變高，但各個逆變單元功率器件的開關頻率并不高，因此與非級聯電路相比功率器件承受的電壓應力減小，在高壓應用中無需均壓電路，同時可避免大的dv/dt所導致的電機負載絕緣等問題;當各串聯或并聯連接的級聯單元中有一個單元故障時，可通過把此單元短接而退出工作，其它單元仍然能夠正常工作，保證系統正常運行。使模塊化逆變器產品的封裝，生產和制造成為可能，擴展容易。近年來，由于級聯多電平逆變器的上述優點，在中高壓調速領域、不停電電源、交流柔性輸電系統（facts）等應用中引起了電力電子行業的極大關注，成為中高壓能量變換的首選方案。因此級聯多電平逆變器的拓撲結構及其控制策略的研究將極有意義。本文在閱讀國內外文獻的基礎上，對級聯多電平逆變器的主電路拓撲結構及其控制方法進行匯總，以期對級聯多電平逆變器的研究提供參考。

　　2 級聯多電平逆變電路的拓撲結構

　　多電平逆變器實現的結構一般主要有：二極管箝位型（diode-clampedinverter）、飛跨電容箝位型（flying-capacitorinverter）、具有獨立直流電源的級聯型（cascaded-inverters with separate dcsources）、具有多繞組變壓器輸出的多重化型等等。

2.1基本的多電平逆變電路

　　（1） 全橋逆變電路

　　全橋逆變器的主電路圖見圖1。由于控制方式的不同，它可以有很多種工作方式，常用的工作方式為：

　　兩電平：s1（d1）和s4（d4）導通，而s2和s3關斷，uab=vdc;反之，s2（d2）和s3（d3）導通，而s1和s4關斷，uab=-vdc;三電平：s1（d1）和s4（d4）導通，uab=vdc;s2和s3導通，uab=-vdc;s1（d1）和s2（d2）導通或s3（d3）和s4（d4）導通，uab=0。

　　對圖1進行改進就可以得到5電平單相橋式逆變電路［17］，如圖2所示。和圖1相比，多了一個電容，使負載輸出的電平數為5:vdc，-vdc，0，+vdc/2，-vdc/2。s5截止時其工作同單相全橋逆變電路，可輸出三電平;s5和s4（d4）導通時，uab=vdc/2; s5和s2（d2）導通時，uab=-vdc/2。