多电平逆变器
多电平逆变器的控制策略及应用研究
多电平逆变器的控制策略及应用研究多电平逆变器是一种用于将直流电能转换为交流电能的重要电力电子设备。
其控制策略直接影响了逆变器的性能和应用效果。
本文将从多电平逆变器的控制策略以及相关应用方面展开研究，以期对该领域的研究和应用产生一定的推动作用。
多电平逆变器的控制策略主要包括PWM（脉宽调制）控制和MPWM（多电平脉宽调制）控制两种。
PWM控制通过控制逆变器中IGBT开关管的导通时间实现输出电压的宽度调制，从而获得所需的输出波形。
然而，由于PWM控制仅能获得两个离散化电平的输出波形，无法满足高功率和高精度的应用需求。
而MPWM控制则通过调整多个电平的导通时间，可获得多个离散化电平的输出波形，提高了输出波形的质量和精度。
近年来，随着电力电子技术的发展，MPWM控制成为了多电平逆变器中常用的控制策略。
多电平逆变器的应用非常广泛，涉及到电力系统稳定控制、交流传动控制、电力质量控制以及新能源发电等领域。
在电力系统稳定控制方面，多电平逆变器可用于提供无电池储能系统，以实现电力系统的频率和电压平衡调节，从而改善电网的稳定性。
在交流传动控制方面，多电平逆变器可用于驱动大功率交流电机，提高传动效率和稳定性。
在电力质量控制方面，多电平逆变器可用于消除电力系统中的谐波和干扰，提高电力质量。
在新能源发电方面，多电平逆变器可应用于风力发电和光伏发电等领域，提高发电效率和能源利用率。
此外，多电平逆变器还具有多级结构、能量分流和故障容错等特点，这些特点也为其在电力电子设备领域的应用提供了更多选择和优化空间。
例如，多电平逆变器可以通过增加级数来提高输出波形的质量，从而适应更复杂和敏感的应用环境。
同时，多电平逆变器还可以通过能量分流来减小单个器件的功率损耗，提高整个系统的能量利用效率。
此外，在故障容错方面，多电平逆变器能够通过调整导通时间和增加备份开关管等措施来实现故障切换，提高系统的可靠性和容错能力。
综上所述，多电平逆变器的控制策略和应用研究是当前电力电子领域的一个重要研究方向。
多电平逆变器简介
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，此时空间电压矢量法控制算法非常复杂。
PWM．型多电平逆变器一、NPC）2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；）3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；可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。
多电平逆变器主要控制策略综述
多电平逆变器主要控制策略综述( 本站提供应用行业：阅读次数：1082) 【字体：大中小】1 引言多电平逆变器具有谐波小、共模电压小、电压变化率小、电磁干扰小、开关频率低、系统效率高、适合中高压大容量变频器应用等特点，近十年得到广泛的研究[1]。
研究主要集中在拓扑结构、控制策略两方面。
图1是多电平逆变器的主要研究内容。
图1 多电平逆变器主要研究内容由于多电平逆变器拓扑结构的多样性，且涉及到直流电压的均衡、开关频率的合理分配、冗余状态的利用等特殊要求，使得对多电平逆变器的控制具有一定的挑战性。
2 载波调制方法(Carrier-based Modulation)载波调制是最常用的多电平控制方法之一，其特点是通过载波和调制波(或参考波)间的比较而获得器件的开关状态。
载波调制按其采样方法可分为:自然采样和规则采样，自然采样一般用于模拟电路实现，规则采样用于数字实现。
规则采样又分对称和不对称采样。
在载波调制中，对于m电平逆变器，常定义幅度调制比ma和频率调制比mf分别为:其中Ac为载波峰峰值，fc为载波频率，Am为调制波峰值，fm为调制波频率。
多电平载波调制由于载波个数的增加，而变得较复杂，但也给控制提供了更多的自由度。
2.1 子谐波脉宽调制SHPWM(SubHarmonic PWM)由Carrara[2]提出的SHPWM的基本原理是:对m电平逆变器，将m-1个具有相同频率fc和峰峰值Ac的三角载波集连续分布。
频率为fm、幅值为Am的正弦调制波置于载波集的中间。
将调制波与各载波信号进行比较，得到逆变器的开关状态。
在载波间的相位关系方面，Carrara考虑了三种典型配置方案:(1) PD—所有载波具有相同相位;(2) POD—正、负载波间相位相反;(3) APOD—相邻载波间相位相反。
图2是SHPWM采用PD配置的波形图。
SHPWM的最大线性幅度调制比ma为1。
对SHPWM的研究有如下一些重要结论[3]:·对于三相系统，频率比mf应为取3的倍数;·单相逆变器，APOD配置电压谐波最小;·三相逆变器，PD配置线电压谐波最小。
多电平逆变器的工作原理、控制方法以及仿真
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 (54)5.3基于载波同向SPWM带电机负载的仿真模块 (56)5.3.1 SPWM开关信号的发生模块 (56)5.3.2仿真结果与分析 (56)5.4基于注入三次谐波的SPWM带电机负载的仿真模块 (57)5.4.1 SFOPWM开关信号的发生模块 (57)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 (58)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。
多电平逆变器技术介绍
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。
多电平逆变器简介
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。
模块化多电平逆变器在电力系统中的应用优势分析
模块化多电平逆变器在电力系统中的应用优势分析摘要：近年来，随着电力系统的快速发展和智能电网的实施，多电平逆变器在电力系统中的应用越来越重要。
模块化多电平逆变器作为一种新型逆变器，具有高效、灵活、可靠的特点，与传统的单电平逆变器相比，具有更大的优势。
本文将从以下几个方面对模块化多电平逆变器在电力系统中的应用优势进行分析。
1. 高效性能模块化多电平逆变器采用多级电路结构，由多个相互独立的单元构成。
相比于传统的单电平逆变器，模块化多电平逆变器在电能转换过程中能够有效降低损耗，提高能量利用率。
其高效性能不仅能够减少电能消耗，降低供电成本，还能够对电力系统的负载性能进行优化，提高系统的稳定性和可靠性。
2. 灵活性和可拓展性模块化多电平逆变器可以根据不同的电力系统需求进行灵活的组合。
其可拓展性使得多个逆变器模块可以在同一系统中并行运行，从而提供更大的输出功率。
此外，模块化多电平逆变器还可以根据需要进行模块的增减，以应对不同负载需求的变化。
这种灵活性和可拓展性为电力系统的规模化应用提供了更多的可能性，能够更好地适应系统的变化和发展。
3. 技术先进性模块化多电平逆变器采用现代控制技术和先进的功率电子器件，具有更高的性能和可靠性。
通过使用高频开关技术和矢量控制算法，模块化多电平逆变器能够实现精确的电压和频率调节，提供更高质量的电力输出。
同时，模块化设计使得故障发生时仅需替换故障模块，减少了维修和维护成本，提高了系统的可靠性和可用性。
4. 适应性和互联互通能力模块化多电平逆变器能够适应不同类型和规模的电力系统。
无论是微电网、光伏发电系统还是风能发电系统，模块化多电平逆变器都能够灵活应用，并与其他设备实现互联互通。
这种适应性和互联互通能力为电力系统的安全运行和智能管理提供了有力的支持。
结论：模块化多电平逆变器作为一种新兴的逆变器技术，在电力系统中具有诸多应用优势。
其高效性能、灵活性和可拓展性、技术先进性以及适应性和互联互通能力，使得模块化多电平逆变器成为电力系统中不可或缺的关键组件。
多电平逆变器的工作原理、控制方法以及仿真
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。
三电平逆变器
组成的电路共有3×3×3=27种组合，
对应主电路有27种工作模式，开关状态及相应电
压值如表所示
三电平逆变器基本原理
三电平逆变器基本原理
三电平逆变器控制方法
单脉冲控制
输出交流量的每半个周期中只有一块宽度可随控制角α调节 的矩形电压或电流脉冲，称单脉冲工作方式，即方波调制； 其输出频率通过脉冲周期进行调节，而输出量的有效值由脉 冲持续时间决定
二电平输出端对电源中点电位仅2个值，而三 电平有三个值
三电平逆变器输出端电压波形比二电平包含较 小的谐波分量，脉动转矩降低
与二电平相比，三电平逆变器中的开关器件所 承受的电压是二电平的一半，为0.5Ud,元件耐 压水平可降低一半；当采用相同耐压水平的功 率开关元件时，三电平可承受更高的直流中间 电压，从而提升电机功率
三电平逆变器
三电平逆变器
二电平逆变器简介 三电平逆变器基本原理 三电平逆变器控制方法 二电平与三电平逆变器比较
二电平逆变器
三相电压型逆变器（六阶波形）
原理图
二电平逆变器
工作情况
当T1导通时，uANUd/2 当T4导通时，uANUd/2 Uan波形是幅值为Ud/2的方波，而B、C两相与A
的电位为 uaoUd/2(p)
T112、T 13导通，T1１、T14关 断，当负载电流为正时，形成O— —D10——T12——A通路，A点的 电位为0(O)；当负载电流为负时 ，形成O——D10——T13——A通 路，A点电位为0(O)
T13、T 14导通，T11、T12关断， 则不轮电机负载的电流方向，A点
度 时
60 <ɑ<90
三电平逆变器控制方法
单脉冲控制
三电平逆变器控制方法
级联多电平逆变器
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。
多电平逆变器的主电路结构及其工作原理
多电平逆变器的主电路结构及其工作原理1. 引言多电平逆变器是一种广泛应用于电力电子领域的电路结构，它可以将直流电能转换为多个不同电平的交流电能，使得电能的输出更加稳定和高效。
本文将介绍多电平逆变器的主电路结构以及其工作原理。
2. 主电路结构多电平逆变器的主电路结构主要包括直流电源、开关器件、电容和电感等元件组成。
2.1 直流电源直流电源是多电平逆变器的输入端，通常是通过整流器将交流电能转换为直流电能。
直流电源的电压和容量决定了多电平逆变器的输出能力。
2.2 开关器件开关器件是控制多电平逆变器工作的关键组成部分。
常用的开关器件包括MOSFET、IGBT和GTO等。
通过控制开关器件的导通和关断过程，可以实现直流电能到交流电能的转换。
2.3 电容和电感电容和电感是用来滤波和储能的元件。
电容可以平滑输出电压和电流，减小输出的波动性；而电感则可以储存电能，并提供稳定的电流输出。
3. 工作原理多电平逆变器的工作原理是通过调整开关器件的导通和关断时间，控制输出电压的波形和电平数量。
具体工作原理如下：1. 初始化阶段：启动逆变器时，在给定的电压和电流条件下，控制开关器件的初始状态。
2. 正常工作阶段：在逆变器正常工作时，开关器件按照预设的控制规律进行导通和关断。
通过合理的开关频率和占空比控制，可以实现多电平输出，从而提高输出的波形质量和效率。
3. 故障恢复阶段：当逆变器遇到故障或异常情况时，及时进行故障检测和处理，保证逆变器的安全稳定运行。
4. 应用领域多电平逆变器广泛应用于电网无功补偿、电力传输、工业控制和新能源领域等。
它的高效稳定的输出特性，使得它成为了现代电力电子系统中不可缺少的关键技术。
5. 结论多电平逆变器的主电路结构和工作原理已在本文中进行了简单介绍。
深入了解和研究多电平逆变器的电路结构和工作原理，对于提高电能转换的效率和质量具有重要意义。
以上是关于多电平逆变器的主电路结构及其工作原理的文档，希望对您有所帮助。
多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？
多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？多电平逆变电路是一种通过在输出电压上产生多个离散电平的逆变器结构。
常见的多电平逆变电路形式包括以下几种：
1.多电平PWM逆变电路：利用多种开关模式和多级逆变电
路，通过PWM调制技术在输出电压上实现多个离散的电
平。
其中较为常见的是三电平和五电平的PWM逆变电路。
o三电平PWM逆变电路：具有三个输出电平（正、零和负），可以实现更低的谐波和更接近正弦波形的输
出。
o五电平PWM逆变电路：具有五个输出电平，进一步降低了输出谐波含量和提高了输出波形质量。
2.多电平逆变电路：通过多级串联逆变器实现多个输出电平，
每个级别可以控制并输出不同的电压水平。
这种电路可根
据需要灵活地增加级数，以增加输出电压水平的数量。
以上多电平逆变电路的特点包括：
•低谐波含量：通过产生更多的离散电平，能够有效降低逆变器输出的谐波含量，接近于正弦波形输出。
•更高的输出质量：多电平逆变电路可以提供更平滑、更接近正弦波的输出电压，减小谐波畸变和噪声。
•更低的电磁干扰：由于输出波形更接近正弦波形，多电平逆变电路产生的电磁干扰较少。
多电平逆变电路通常适用于对输出波形质量要求较高的应用，
如电力电子领域、可再生能源逆变器、电机驱动等。
然而，多电平逆变电路的设计和控制较为复杂，电路结构和开关模式的选择需要根据具体应用需求和性能要求进行仔细的分析和优化。
多电平逆变器
电容箝位自平衡式多电平逆变器(通用拓扑)
电容箝位自平衡式多电平逆 变器是针对逆变器的电容电 压具有自平衡功能而定的名 称，它属于电容箝位式多电 平逆变器的一种改进形式。 这种逆变器不需要借助附加 的电路来抑制直流侧电容电 压的偏移问题，从理论上实 现了电容电压的自平衡。
电容箝位自平衡式多 电平逆变器电路
混合箝位式多电平逆变器
二极管电容混合箝位式多电平 逆变器电路能够比较好地解决 单纯二极管箝位式多电平逆变 电路的内侧开关管的耐压问题 以及直流侧电容电压的平衡问 题。电路的特点是，在二极管 箝位多电平逆变器的单相电路 中，增加了(m-1)(m-2)/2个电 容。
二极管电容混合箝位 多电平逆变器电路
率成正比。降低开关频率或加入一些特定的开关状态， 可以大大减少损耗，提高效率。
2）和一般的二极管箝位和电容箝位电路相比，这 种逆变器各级的中点电压都能得到很好的控制。
3）对一个m级电平的通用式多电平逆变器，所需 的开关器件、开关管数量为m(m-1)；需要的电容数量为 m(m-1)/2。
4）计算简单，器件应力可以达到最小。 5）通用拓扑，易于衍生出新的拓扑结构，具有很 高的研究价值。
二极管自箝位五电平 逆变器
二极管箝位式多电平逆变器
这种二极管箝位式五电平逆变器增多了电平数，因而可 以使输出电压和输出电流的总谐波含量大大减小。这种电路 结构形式的显著优点是利用二极管进行箝位，解决了功率开 关管串联均压的问题。但也存在一些缺点：
1）为保证每个箝位二极管承受相同的反向电压，箝位 二极管的数量将按电平数的二次方快速增加。
多电平变换器概述
多电平变换器
1、多电平变换器产生的背景 2、多电平变换器的分类 3、箝位式多电平变换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 4、级联型的多电平变换器 5、开绕组双端供电式多电平变换器
3多电平逆变器及其直流侧电容电压分析p21-33
第三章多电平逆变器及其直流侧电容电压分析3.1 多电平变换器概述[11,12]电力电子技术经过几十年的发展，在低压小功率领域，已基本成熟，而在高压大功率领域中应用到的技术正成为电力电子技术的研究重点。
近年来，各种新型功率器件，如IGBT,IGCT等纷纷出现。
4500V/1200A的IGBT，6000V/6000A的GTO等高压大功率器件已经出现。
但是，在某些场合，传统的两电平拓扑仍不能满足要求。
而且，由于现有的工艺水平，功率越大，开关频率越低。
为实现大功率、高频率、低谐波的功率变换，从电路拓扑和控制方法上，提出了多种思路。
功率器件串并联技术将器件串联以承受高电压，并联以承受大电流。
但由于器件参数的离散性，需要复杂的动态、静态均压均流电路，导致系统控制复杂，损耗增加。
对于具有负温度系数的功率器件，并联均流十分困难。
同时，要求驱动电路延迟时间一致并尽量短。
关断过程中，需要众多的吸收电路，降低了系统的可靠性。
并且，串并联技术对输出电压谐波毫无改善。
而多电平技术通过改变拓扑，输出电平数增加，改善输出波形的谐波，功率器件承受的电压也较小。
正成为高压大功率变换研究重点，其优点如下： z功率器件仅承受1/(n-1)的母线电压（n为电平数），很好地解决了开关器件耐压不够高的问题，所以可以用低耐压器件实现高压大功率输出。
z输出波形电平数增加，输出波形谐波更接近正弦波，电磁干扰问题大大减轻。
z消除同样谐波，多电平逆变器可以用较低频率进行开关动作，损耗小，效率高。
z相同直流母线电压条件下，由于电平数增加，du/dt应力减小。
3.2多电平逆变器的工作原理3.2.1 二极管钳位式三电平逆变器多电平变换器的概念是由日本学者A.Nabae等人在1980年提出的。
该电路是一种三电平逆变器，也称作中点钳位（NPC，Neutral Point Clamped）逆变器。
用两个串联的电容将直流母线电压分为3个电平，每个桥臂由三4个开关器件串联，用2个串联二极管和内侧开关管并联，其中间抽头和两个串联电容的中点连接，实现中点钳位，如图3-1所示。
多电平逆变器技术的研究与应用
多电平逆变器技术的研究与应用近年来，随着电力电子技术的发展，逆变器技术也得到了长足的发展。
多电平逆变器作为一种新型的逆变器技术，已经在工业控制、电力电子等领域得到广泛应用。
本文将介绍多电平逆变器技术的研究与应用。
一、多电平逆变器的原理多电平逆变器是指通过在电路中增加多个电平，使输出电压具有多种电平值。
在基于单相桥式逆变器的三相多电平逆变器中，通过采用多种电压级别（如2N+1）的电路来生成不同电压输出。
采用多电平逆变器，可以使输出电压的纹波减小，使负载电流的谐波减小，从而提供更加平稳、纹波更小的电源，提高系统的可靠性。
二、多电平逆变器的应用多电平逆变技术已经在许多领域得到了广泛的应用，如电网并联逆变器、电动汽车、风力发电等。
其中，电动汽车是多电平逆变器技术应用最为广泛的领域之一。
采用多电平逆变器技术的电动汽车具有输出电压平稳、驱动电机转矩平滑、控制精度高等特点，可以大大提升电动汽车的性能和稳定性。
三、多电平逆变器技术的研究目前，多电平逆变器技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 多电平逆变器拓扑研究。
多电平逆变器可以通过不同的电路拓扑实现，目前主要有MLI（多电平逆变器）、NPC（中点飞地式）和H桥三种拓扑。
多电平逆变输出的品质取决于拓扑的选取，不同拓扑在输出电压纹波、谐波失真、开关损耗上有所不同。
2. 多电平逆变器控制技术研究。
多电平逆变器的控制技术也是多方面的。
当前控制方法主要有全桥和谐波抑制控制、直接功率控制法、电流控制法和Vectrol Orientation 控制法等。
3. 多电平逆变器特性分析与优化。
通过对多电平逆变器的分析，可以对其输出性能进行优化。
例如，可以通过增加支路数目、改变电压平衡方式等方式提升系统的电压平衡性，减少谐波失真和开关损耗。
四、多电平逆变器技术发展趋势多电平逆变器技术的发展将呈现以下趋势：1. 多电平逆变器拓扑结构优化。
随着电力电子技术的发展，多电平逆变器的拓扑结构逐渐趋于复杂，未来的研究重点将放在进一步优化多电平逆变器拓扑结构，减少系统部件的数量和尺寸，提高系统性能和性价比。
理解电力电子技术中的多电平逆变器原理
理解电力电子技术中的多电平逆变器原理在电力电子技术领域中，多电平逆变器是一种重要的器件，具有广泛的应用。
本文将为您介绍多电平逆变器的原理和工作原理，以帮助更好地理解这一技术。
多电平逆变器是一种能够将直流电能转换为交流电能的电子设备。
它通过在逆变器电路的输出端采用多个电平的电压波形来减小输出电压的谐波含量，从而提高逆变器的性能。
多电平逆变器的主要优点包括：降低谐波失真、提高输出电压质量、降低电磁干扰等。
多电平逆变器的核心元件是功率开关器件和电力电容。
在多电平逆变器中，功率开关器件通常是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。
功率开关器件通过开关操作来控制电流的流向，并将直流电压转换为具有多电平的交流电压。
为了实现多电平输出，多电平逆变器采用了多个电源，每个电源输出的电压可以分别调节。
通常情况下，这些电源的电压范围是相互叠加的，并且相位差为π/6或π/3。
多电平逆变器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 直流电压输入：多电平逆变器的输入为直流电压，可以通过整流器从交流电源获取。
直流电压的大小根据应用需求而定。
2. 逆变器控制：通过控制信号来控制功率开关器件的导通和截止。
控制信号通常由微控制器或数字信号处理器生成，通过PWM（脉宽调制）技术来实现。
3. 多电平输出：根据控制信号的不同，多个电源的电压经过变换和叠加，形成具有多个电平的交流电压。
这样的多电平输出可以有效减小谐波含量，提高输出波形的质量。
4. 滤波器和输出传输：为了进一步提高输出电压的质量，通常还需要使用滤波电路来滤除谐波信号。
输出电压可以通过变压器等传输装置输送给目标负载。
多电平逆变器在许多领域中都有广泛的应用，包括工业控制、电力调节、再生能源等。
它可以有效地改善电力质量，降低对电网的干扰，并提高系统的效能和可靠性。
总结起来，多电平逆变器是一种电力电子技术中重要的器件。
它通过控制功率开关器件和多电源电压的变换叠加，实现了具有多电平的交流电压输出。
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E S12
S 32
S 42
S 22
vH 2
S13
S33
E
S43
S23
vH 3
S11
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E
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A
vH1
S12
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E
S44
S 24
vH 4
7电平和9电平串联H桥逆变器一相的结构
多电平逆变器
15
A
A6
13电平串联H桥逆变器结构
忽略。
7
单极性调制法
两个极性相反三角波：Vcr和Vcr-，它们的幅值和频率相同，相位互差180°
两个三角波都与同一个正弦 波Va进行比较，产生两个门 信号Vg1和Vg3，分别驱动 H桥逆变器上部的两个器件 S1和S3。
单极性调制法： Vab逆变器 输出电压在正半周期中只在ห้องสมุดไป่ตู้0和+Vd之间切换，在负半 周期，则只在0和-Vd之间 切换。
第4部分： 多电平逆变器
多电平逆变器
1
4.1 简 介 4.2 H 桥逆变器
4.3 多电平逆变器拓扑结构
4.4 基于载波的PWM调制法 4.5 阶梯波调制法 4.6 应用实例
多电平逆变器
2
4.1 简 介
串联H桥逆变器: 英文Cascaded H-Bridge, CHB
S1
D1
S3
D3
Vd
Cd
v AB
3.当S31、S41、S32和S42导通时，为
H1
-2E。
S 32
4.其他三个可以输出的电压电平分别为
E，0和-E，它们分别对应不同的开关
vH2
S 22
状态组合。 NOTE：逆变器输出的相电压Van并不
一定和负载相电压Vao相等，其中Vao
H2
N
为负载侧端点A相对于负载的中性点O 的电压。
多电平逆变器
多电平逆变器
单极性调制法： Vab逆变器 输出电压在正半周期中只在 0和+Vd之间切换，S3和S2 互补。在负半周期，则只在 0和-Vd之间切换，S1和S4 互补。
谐波：以边带频谱形式出现
在第2mf及其整数倍谐波处。
例如2mf，4mf等的两边。
阶次高于/低于（2mf+/-2）
的电压谐波成分幅值很小,可
Vm：正弦调制波 Vcr：三角载波 Vg1、Vg3：上部器件S1和S3的门 极驱动信号 Vg2、Vg4：下部器件S2和S4的门 极驱动信号
同一桥臂中，上部器件和下部器件为 互补运行方式：一个导通时，另一个 必须关断。
Vab=Van-Vbn
双极性调制法：Vab的波形在 正负直流电压之间切换。
多电平逆变器
11
多电平逆变器
12
结论：某些电压电平可由超过一种的开关状态实现。
例如：对于电压E，它可以由四种不同的开关状态实现。 这种冗余性的开关状态在多电平逆变器中非常普遍，使开 关状态的设计变得很灵活。
串联H桥逆变器输出电压的电平数为m，器件数为nSM：
m2H1
m：逆变器输出电平数
nSM6(m1)
nSM: 器件数
多电平逆变器
8
4.3 多电平逆变器拓扑结构
1. 直流侧电压相同的串联H桥逆变器
串联H桥逆变器采用由多个直流电源分别供电的H桥单元 ，各单元的输出串联连接输出高交流电压。
5电平串联H桥逆变器:结构如下图所示，其中每相有两个 H桥单元，分别由电压为E的两个独立直流电源供电。
此直流电源可以采用多脉波二极管整流器实现。
4
串联H桥多电平逆变器：
由多个单相H桥逆变器(也称为功率单元)组成的，把每个功率单元的交 流输出串联连接，来实现中压输出，并减小输出电压的谐波。是中压大功
率传动系统中应用最为广泛的逆变器拓扑结构之一。
主要有两种方法：基于载波的PWM方法，即移相调制法和移幅调制法。
多电平逆变器
5
1. 双极性调制法
H: H桥逆变器单元数
NOTE: 串联H桥逆变器的电平数目总是奇数
多电平逆变器
13
串联H桥逆变器可完全扩展到任意电平数。下图给出了 7电平和9电平逆变器一相的结构。
在7电平逆串联H桥逆变器中，每相有3个H桥单元，9 电平逆变器中每相有4个H桥单元。
多电平逆变器
14
A
S11
S31
E
vH1
S 41
S 21
S2
D2
S4
D4
多电平逆变器
3
4.2 H 桥逆变器
H桥逆变器包括两个桥臂，每个桥壁有两个IGBT串联组成。 逆变器直流母线电压固定不变，输出的交流电压可通过PWM 方法进行调节，即双极性调制法和单极性调制法。
g1 S1
g D1 3 S3
D3
Vd
Cd
v AB
g2 S2
g D2 4 S4
D4
多电平逆变器
LOCAL CONTROLS
POWER CELL B3
POWER CELL C3
FIBER OPTICS
CENTRAL
多电平逆变器
17
三相高压输入
集成一体式 变压器
三相变压变频 高压输出
3KV高压变频器结构 单元串联多电平移相式电压源型逆变器
POWER CELL A1
POWER CELL B1
POWER CELL C1
功率单元
POWER CELL A2
POWER CELL B2
POWER CELL C2
POWER CELL A3
多电平逆变器
9
O
5电平串联H桥逆变器结构
S11
S31
E
S 41
S 21
A E
vH1
S12
E
S 42
H1
S 32
vHE2
S 22
B
E
E
H2
多电平逆变器
N
C
10
S11
E
S 41
S12
E
S 42
工作过程
1.逆变器每相可输出含有5个不同电平
A
的相电压。
S31
vH1
S 21
2.当S11 、 S21、S12和S22导通时， H桥单元H1和H2的输出都为E，即： VH1=VH2=E。则逆变器输出的相电压 Van ，例如端点A相对于逆变器中性点 N的电压为2E。
Vabn：第n次谐波电压的有效值。 mf：载波比。 谐波：以边带频谱形式出现在第mf 及其整数倍谐波处。例如2mf，3mf 等的两边。阶次高于/低于（mf+/-2） 的电压谐波成分幅值很小,可忽略。
6
2. 单极性调制法
两个极性相反的正弦调制波：Vm和Vm-，它们的幅值和频率相同，相位互差180°
两个调制波都与同一个三角 波Vcr进行比较，产生两个 门信号Vg1和Vg3，分别驱 动H桥逆变器上部的两个器 件S1和S3。
A5
每相6个功率单元
A4
每个功率单元电压为630V
输出相电压为630V
A3
线电压达6600V
A2 VAC
VBA
A1 C1
120 o TYP.
C2
N
C3
B1
C4
B2
C5 C6
100% 电压输出
B3 B4
C
B5
VCB
B6
B
多电平逆变器
16
6KV系列高压变频器结构 (36脉冲整流)
一体式整流干式隔离变压器