引言

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

1 簡(jiǎn)介

　　級(jí)聯(lián)多電平逆變器是由若干個(gè)基本逆變單元（例如h橋逆變器）通過(guò)串聯(lián)連接而形成的單相或三相逆變器。每一個(gè)逆變單元可以輸出方波或階梯波，通過(guò)輸出波形的疊加合成，形成更多電平臺(tái)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(diǎn)：隨著逆變器級(jí)聯(lián)數(shù)目的增加，輸出電壓的電平數(shù)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(gè)逆變單元串聯(lián)完成整個(gè)逆變?nèi)蝿?wù)，雖然整體輸出開(kāi)關(guān)頻率變高，但各個(gè)逆變單元功率器件的開(kāi)關(guān)頻率并不高，因此與非級(jí)聯(lián)電路相比功率器件承受的電壓應(yīng)力減小，在高壓應(yīng)用中無(wú)需均壓電路，同時(shí)可避免大的dv/dt所導(dǎo)致的電機(jī)負(fù)載絕緣等問(wèn)題;當(dāng)各串聯(lián)或并聯(lián)連接的級(jí)聯(lián)單元中有一個(gè)單元故障時(shí)，可通過(guò)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(tǒng)正常運(yùn)行。使模塊化逆變器產(chǎn)品的封裝，生產(chǎn)和制造成為可能，擴(kuò)展容易。近年來(lái)，由于級(jí)聯(lián)多電平逆變器的上述優(yōu)點(diǎn)，在中高壓調(diào)速領(lǐng)域、不停電電源、交流柔性輸電系統(tǒng)（facts）等應(yīng)用中引起了電力電子行業(yè)的極大關(guān)注，成為中高壓能量變換的首選方案。因此級(jí)聯(lián)多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制策略的研究將極有意義。本文在閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)級(jí)聯(lián)多電平逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法進(jìn)行匯總，以期對(duì)級(jí)聯(lián)多電平逆變器的研究提供參考。

　　2 級(jí)聯(lián)多電平逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　多電平逆變器實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)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(dú)立直流電源的級(jí)聯(lián)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(jiàn)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(dǎo)通，而s2和s3關(guān)斷，uab=vdc;反之，s2（d2）和s3（d3）導(dǎo)通，而s1和s4關(guān)斷，uab=-vdc;三電平：s1（d1）和s4（d4）導(dǎo)通，uab=vdc;s2和s3導(dǎo)通，uab=-vdc;s1（d1）和s2（d2）導(dǎo)通或s3（d3）和s4（d4）導(dǎo)通，uab=0。

　　對(duì)圖1進(jìn)行改進(jìn)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(gè)電容，使負(fù)載輸出的電平數(shù)為5:vdc，-vdc，0，+vdc/2，-vdc/2。s5截止時(shí)其工作同單相全橋逆變電路，可輸出三電平;s5和s4（d4）導(dǎo)通時(shí)，uab=vdc/2; s5和s2（d2）導(dǎo)通時(shí)，uab=-vdc/2。