引言

　　由于受电力电子器件电压容量的限制，传统的两电平变频器通常采用“高-低-高”方式经变压器降压和升压来获得高压大功率，或采用多个小容量逆变单元经多绕组变压器多重化来实现，这使得系统效率和可靠性下降。因而，人们希望实现直接的高压逆变技术。

1 简介

　　级联多电平逆变器是由若干个基本逆变单元（例如h桥逆变器）通过串联连接而形成的单相或三相逆变器。每一个逆变单元可以输出方波或阶梯波，通过输出波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近逆变器的正弦输出电压。这种电路的特点：随着逆变器级联数目的增加，输出电压的电平数增加，从而使得输出电压或电流波形的谐波含量减小;由于多个逆变单元串联完成整个逆变任务，虽然整体输出开关频率变高，但各个逆变单元功率器件的开关频率并不高，因此与非级联电路相比功率器件承受的电压应力减小，在高压应用中无需均压电路，同时可避免大的dv/dt所导致的电机负载绝缘等问题;当各串联或并联连接的级联单元中有一个单元故障时，可通过把此单元短接而退出工作，其它单元仍然能够正常工作，保证系统正常运行。使模块化逆变器产品的封装，生产和制造成为可能，扩展容易。近年来，由于级联多电平逆变器的上述优点，在中高压调速领域、不停电电源、交流柔性输电系统（facts）等应用中引起了电力电子行业的极大关注，成为中高压能量变换的首选方案。因此级联多电平逆变器的拓扑结构及其控制策略的研究将极有意义。本文在阅读国内外文献的基础上，对级联多电平逆变器的主电路拓扑结构及其控制方法进行汇总，以期对级联多电平逆变器的研究提供参考。

　　2 级联多电平逆变电路的拓扑结构

　　多电平逆变器实现的结构一般主要有：二极管箝位型（diode-clampedinverter）、飞跨电容箝位型（flying-capacitorinverter）、具有独立直流电源的级联型（cascaded-inverters with separate dcsources）、具有多绕组变压器输出的多重化型等等。

2.1基本的多电平逆变电路

　　（1） 全桥逆变电路

　　全桥逆变器的主电路图见图1。由于控制方式的不同，它可以有很多种工作方式，常用的工作方式为：

　　两电平：s1（d1）和s4（d4）导通，而s2和s3关断，uab=vdc;反之，s2（d2）和s3（d3）导通，而s1和s4关断，uab=-vdc;三电平：s1（d1）和s4（d4）导通，uab=vdc;s2和s3导通，uab=-vdc;s1（d1）和s2（d2）导通或s3（d3）和s4（d4）导通，uab=0。

　　对图1进行改进就可以得到5电平单相桥式逆变电路［17］，如图2所示。和图1相比，多了一个电容，使负载输出的电平数为5:vdc，-vdc，0，+vdc/2，-vdc/2。s5截止时其工作同单相全桥逆变电路，可输出三电平;s5和s4（d4）导通时，uab=vdc/2; s5和s2（d2）导通时，uab=-vdc/2。