中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较
高压大功率变频器拓扑及优缺点比较
多级串联电压型变频器采用多重化脉宽调制技术，从根本上消除了 电压谐波。由于级数较多，输出电压波形已经逼近完美的正弦波。此 类变频器可直接驱动电机，电机电流谐波非常小。而且此类变频器即 使是在低速时也能输出很好的波形，低速性能较电流源变频器好。
CSI电流源变频器由于受电路拓扑和GTO开关速度的限制，输出谐 波含量大，必须加输出滤波装置才能投入使用。否则由于dI/dt的存在 会危及电机绝缘，同时由于较大的输出谐波电流引起电机发热和转矩 脉动。
功率模块 A1
功率模块 A2
功率模块 A3
功率模块 A4
功率模块 A5
功率模块 A6
功率模块 B1
功率模块 B2
功率模块 B3
功率模块 B4
功率模块 B5
功率模块 B6
异步电动机。
M
3～
功率模块 C1
功率模块 C2
功率模块 C3
功率模块 C4
功率模块 C5
功率模块 C6
3
1. 模块串联多电平变频器简介
高压大功率变频器拓扑及 优缺点比较
1
1.常用高压变频器分类
1、 按输出电压方式
高高型：直接输出3kV或6KV高压，变频器输出没有升压变压器
高高型特点：可靠性高、效率高、价格贵
高低高型：使用低压变频器输出2300V或690V，再增加升压变
压
器升到3KV或6KV
高低高型特点：可靠性差，效率低、故障率高、价格便宜
系统效率比较
CSI 电流源变频器必需增加功率因数补偿装置和谐波滤波器装置， 且主回路用直流电抗器做为储能元件，这些部件均会带来附加能量损 耗。而多级串联型电压型变频器由于电路拓扑不需要这些耗能部件， 所以系统效率更高。具体数据参见表2。
级联型中高压变频器主电路结构及工作原理
级联型中高压变频器主电路结构及工作原理摘要:级联型中高压变频器将若干个独立的低压功率单元的输出串联,实现高压输出。
电网电压经过移相变压器降压后给功率单元供电,每个功率单元分别由输入隔离变压器的一个二次绕组供电,变压器二次绕组之间相互绝缘。
功率单元为三相输入的整流电路和单相输出的交-直-交电压源型逆变器结构,将相邻的功率单元串联起来构成单相,三相输出Y型联结。
关键词:中高压变频器功率单元逆变器变压器级联型中高压变频器将若干个独立的低压功率单元的输出串联,实现高压输出。
5个功率单元串联输出6kV电压的原理如图1(a)所示,主电路结构如图1(b)所示,电网电压经过移相变压器降压后给功率单元供电,每个功率单元分别由输入隔离变压器的一个二次绕组供电,变压器二次绕组之间相互绝缘。
功率单元为三相输入的整流电路和单相输出的交-直-交电压源型逆变器结构,如图1(c)所示,将相邻的功率单元串联起来构成单相,三相输出Y型联结。
功率单元的电压等级和串联数量决定变频器的输出电压,功率单元的输出电流决定变频器的输出电流。
由于采用整个功率单元串联,所以不存在器件串联引起的均压问题,也不存在二极管嵌位电路或电容嵌位电路引起的直流侧分压电容电压不均衡问题,但是串联功率单元较多,对单元本身的可靠性要求较高。
这种变频器的一个发展方向是采用额定电压较高的功率单元串联,在达到满足输入、输出波形质量要求的前提下,尽量减少单相串联单元的个数,提高系统可靠性。
1 多重化整流电路由于中高压变频器容量一般较大,且应用日趋广泛,对电网谐波污染的问题已经不可忽视,国际上对谐波污染控制的标准中,应用较普遍的是IEEE519-1992,我国也有相应的谐波控制标准,应用较为广泛的是国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》。
IEEE519-1992标准规定在电网短路电流小于20倍负载电流时总谐波电流失真小于5%。
变频器对电网的影响主要取决于变频器整流电路的结构和特性。
浅谈中高压变频器主要拓扑结构
孟 伟
罗志 豪
韩 玉 强
（ 南神 火炭素制 品有限公 司，河 南 永城 ４ ６ １ ） 河 ７ ６ ２
摘
要 ： 变频技 术是 应 交流 电机 无级调速 的需要诞 生的 ，随着新型 电力电子器件 的不断涌现和 计算技 术的不 断发展 ，变
频技 术 Ｅ臻 成 熟。近 年 来刚 刚兴起 的 高压 变频 调速 技术 ，实现 了高压 大功率 电机 的 无级调速 ，因其 可以有 效的 节 约能 ｌ
成绩 中至少一 门不及格 的学生。 思路 ：三 门 课程 中至 少有 一 门课 程 不及 格 ，也 就 是 说 ，如果 数学不及 格就选 出来 ，或者 计算机 、或者 英语不 及格 都把他 们选 出来 ，那么三 个条件 ，很 显然是 “ ”关 或 系 。条件 区域 写法 如表３ 。 （ ）筛选 出数学 、计算机 、英语三 门课程中只有 一门 ３ 不及格 的学生。 思路 ：只有 一 门不及 格 ，我们可 以这 样思考 ：如果数
及 ｄ／ｔ ｕ ｄ 的影响 ，逆 变器 部分可 以采用 中性 点箝位 的三 电平
型逆变器必须有 续流二极管 ，将负载 电动机 的能量通过 它 回馈 ，而 电流型逆变器则不需要 。
此外 ，电压型逆变器 的输 出动态 阻抗小 ，当负载 出现 短路或在变频器运 行状 态下投入负载 ，都易出现过 电流 ， 必须在极短 的时间内施 加保护措施 。电流 型逆变器的情况
波 电抗器 和 电容滤波 ，再通过 逆变器进行逆变 ，加上 正弦波 滤波器 ，简单易行地实现 高压 变频 输出 ，直接供给 高压电动 机。
解决的 问题 。 目前 ，中高压变频器在利 用现 有功率器件 的 基础上 已经形成 了多种拓扑结构 ，且都 比较 成功地解 决了
直接串连IGBT高压变频器及拓扑
直接串联IGBT高压变频器及与其他拓扑电路的比较吴忠智吴加林吴忠智先生，电子工业部第十一设计研究院自动化室主任；吴加林先生，成都佳灵电气制造有限公司总裁。
关键词：直接串联元件多电平功率单元多重化高压变频器一般要求输出电压为 3.3kV、6kV、10kV，而现在生产的开关功率元件，开关频率高、损耗小的新型元件，一般都是用IGBT、IGCT。
以IGBT 为例，元件最高耐压3.3kV，按变频器设计要求，对元件选择要达到22U，即要求3倍额定电压，10kV的变频器就要耐压为30kV的功率元件，而现在的IGBT 最高耐压只有 3.3kV，因此必须串联。
元器件串联有个静动态均压的问题，保证每个元件同时承受一定耐压，但开关元件动作很快，动作速率可达20kHz，在这样高的速率下保证10个串联元件同时开通或关断是不可能的，所以变频器研究人员认为直接串联这条路行不通，才出现了用低压IGBT变频器单元串联多重化方案。
成都佳灵电气制造有限公司根据10多年变频器生产开发的经验，于1999年研究出直接串联IGBT高压变频器，并申请了专利。
一直接串联IGBT高压变频器直接串联IGBT高压变频器主电路如图1所示，系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再通过逆变器进行逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。
IGBT直接串联的二电平电压型高压变频器是采用变频器已有成熟技术，应用独特而简单的控制技术成功设计出的一种无变压器、IGBT直接串联逆变、输出效率达98%的高压调速系统。
对于需要快速制动的场合，采用直流放电制动装置，如图2所示。
如需要四象限运行与能量回馈的场合，或输入电源侧短路容量较小时，也可采用图3的PWM整流电路，使输入电流真正实现完美正弦波。
IGBT直接串联高压变频器25Hz，30Hz，40Hz，50Hz电压、电流输出波形及谐波如图4所示。
高压变频器拓扑结构及其控制策略
１ 共用直流母线的高压变频器 ．
所谓共用直流母线的高压 变频器 ，
是指这类变频器结构不管后端是采用器
气制造有限公司生产的高压变频器采用 这种拓扑结构 并申请 了专利 ，解决了 ＩＢ 直接 串联的难题 ，代表了高压变频 ＧＴ 器的一个发展方向。其拓扑结构如图 １
机械冲击 ，从而可防止与此有关的一系 列事故的发生。现在许多中小功率的风
看出 ，飞跨电容钳位型主电路只是用飞 跨电容取代钳位二极管 ，因此其工作原
理 与二极管钳位电路相似 。这种拓扑结
为基础 ，各器件分别控 制 的变频器结
构 。在这方面 ，日本学者 ＡＮ ｂｅ ．ａａ 于上 世纪 ８ 年代初提 出的中点钳位型 Ｐ ０ ＷＭ
构虽省去了大量的二极管 ， 但又引入 了
ａ 多管直接串联的两 电平变频器 ．
将器件串、并联使用 ，是满足系统 容量要求的一个简单直观 的办法。串、 并联在一起 的各个器件 ，被当作单个器
给排水等领域 ，风机和泵类负载是应用 最广 泛 、耗 电量 最 大 的 一 类 生产 机 械 ，其中绝大多数要求变负荷运行。在
管直接串联的两电平 变频器、二极管钳 位型多电平变频器、飞跨电容钳位型多
电平变频器属于同一类 ，这类拓扑结构 均共用直流母线。级联型多电平变频器 则是另一类 ，它需要多个独立的直流母
线供 电。
件使用，其控制也是完全相同的。这种
结构的优点是可利用较为成熟的低压变
能源日趋紧张的今天 ，如果能用高效可 调速的电机驱动系统代替一般的定速驱
动系统 ， 无疑可节约大量能源。除此之
不少电容 。对高压 系统而言 ，电容体积 大、成本高、封装难。不过在 电压合成 方面，由于电容的引进 ，开关状态的选
高压大功率变换器拓扑结构的演化及分析和比较
(a) 电压叠加原理
(b) 主电路结构
(c) 功率单元结构
图4 单元串联多电平变换器
由于不是采用传统器件串联方式来实现高压输出，而是采用整个功率单元串联，所以，不存在器件串联引起的均压问题。由于串联功率单元较多，对单元本身的可靠性要求很高。输入变压器实行多重化设计，达到降低谐波电流的目的。
图1 多管串联的两电平变换拓扑
3.2 中点钳位型多电平拓扑结构
3.2.1 二极管钳位型多电平结构
为了解决器件直接串联时的均压问题，逐渐发展出以器件串联为基础，各器件分别控制的变流器结构。在这方面，日本学者A.Nabae于1983年提出的中点钳位型PWM逆变电路结构具有开创性的意义。单相中点二极管钳位型变流器的结构，该变流器的输出电压为三电平。如果去掉两个钳位二极管，这种变流器就是用两个功率器件串联使用代替单个功率器件的半桥逆变电路。由于两个钳位二极管的存在，各个器件能够分别进行控制，因而避免了器件直接串联引起的动态均压问题。与普通的二电平变流器相比，由于输出电压的电平数有所增加，每个电平幅值相对降低，由整个直流母线电压降为一半直流母线电压，在同等开关频率的前提下，可使输出波形质量有较大的改善，输出dv/dt也相应下降，因此，中点钳位型变流器显然比普通二电平变流器更具优势。
图2 二极管钳位型三电平逆变器拓扑
图2中DA，DA′，DB，DB′为钳位二极管，分压电容C1=C2。开关管SA1，SA1′和SB1，SB1′等互补。
大功率变频器的拓扑结构及其谐波抑制技术
1 引言当系统容量较大时，输入谐波问题是大容量变频器旳一种突出问题。
对交一直一交变频调速系统而言，常用旳整流器均采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，直流侧采用电容滤波，这使交流侧旳电流呈尖峰性而非正弦波。
大量使用由这些电路构成旳装置已成为电力系统中旳重要谐波源，且消耗大量旳无功功率。
变频器输出旳谐波电流也会使电动机损耗增长，因而发热增长，电机出力下降。
对于上述技术问题，国内外学者在减少输入谐波与输出谐波为目旳，对大功率变频器旳拓朴构造开展了比较深入旳研究。
本文对目前几种有代表性旳高压变频器主电路拓朴构造以及谐波克制技术进行了分析和简介。
2 采用多重移相叠加技术旳变频器多重移相叠加技术是由a．kernick等人早在1962年提出旳。
多重移相叠加技术是指把两个或两个以上输出频率相似，输出波形也相似(幅值可以不一样)旳整流电路或逆变电路，按一定旳相位差叠加起来，使它们旳交流输入或交流输出波形旳低次谐波相位相差180°而互相抵消，以得到谐波含量较少旳准正弦阶梯波旳一种技术。
多重叠加可以是等幅波形旳叠加，也可以是变幅波形旳叠加。
从改善叠加后波形旳角度来看，变幅叠加效果要优于等幅叠加。
多重叠加还可以是串联叠加和并联叠加，串联叠加可以处理大功率变频器高电压旳实现问题;并联叠加可以处理大功率变频器大电流旳实现问题。
2.1 多重化整流多重化整流是按一定旳规律将两个或更多种相似构造旳整流电路进行组合，得到多脉动整流系统，将整流电路进行移相多重联结可以减少交流侧输入电流谐波。
对于变频器网侧交流输入电流来说，采用并联多重联结和采用串联多重联结旳效果是相似旳。
采用多重联结不仅可以减少交流输入电流旳谐波，同步，也可以减小直流输出电压中旳谐波幅值和脉动。
采用脉动宽度为60°旳6脉动三相全波整流电路作为基本单元，使m组整流电路旳交流侧电压依次移相α=60°/m，则可构成脉动数为p=6m旳多脉动整流。
电源设计指南：拓扑结构 二
电源设计指南：拓扑结构（二）中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较摘要：对中高压变频器几种常见的主电路拓扑结构进行了分析比较，对不同电路结构的中高压变频器的可靠性、冗余设计、谐波含量及dv/dt等指标进行了深入的讨论，并对中高压变频器的发展方向提出了自己的看法。
1前言众所周知，大功率风机、水泵的变频调速方案，可以收到显著的节能效果，其直接经济效益很大，宏观经济效益及社会效益则更大。
可以预计，大功率交流电机变频调速新技术的发展是我国节能事业的主导方向之一。
目前，阻碍变频调速技术在高压大功率交流传动中推广应用的主要问题有两个：一是我国大容量（200kW以上）电动机的供电电压高（6kV、10kV），而组成变频器的功率器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题；二是高压大功率变频调速系统技术含量高，难度大，成本也高，而一般的风机、水泵等节能改造都要求低投入、高回报，从而造成经济效益上的难题。
这两个世界性的难题阻碍了高压大容量变频调速技术的推广应用，因此如何解决高压供电和用高技术生产出低成本高可靠性的变频调速装置是当前世界各国相关行业竞相关注的热点。
一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用功率器件串联的方法来解决。
但是器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极电容不同，而存在静态和动态均压的问题。
如果采用与器件并联R和RC的均压措施，会使电路复杂，损耗增加；同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。
谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在大功率变频调速中更为突出。
谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行；谐波还会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断，系统瘫痪；谐波电流也会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额”使用。
中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较#e#中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较还有效率问题，变频调速装量的容量愈大，系统的效率问题也就愈加重要。
船舶中压变频器的拓扑结构及其谐波抑制技术
船舶中压变频器的拓扑结构及其谐波抑制技术白明【摘要】This paper introduces several common ship medium voltage inverter main circuit topology structures , then has a research on their advantages and disadvantages , especially the harmonic suppression problem , and final-ly puts forward a preliminary prediction for the development direction of the ship medium voltage inverter .% 介绍了船舶中压变频器几种常见的主电路拓扑结构，对其优缺点，特别是谐波抑制问题进行了深入的讨论，最后对船舶中压变频器的发展方向提出了初步预测。
【期刊名称】《广州航海高等专科学校学报》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】3页(P1-3)【关键词】中压变频器;拓扑结构;谐波抑制【作者】白明【作者单位】广州航海高等专科学校船舶工程学院，广东广州510725【正文语种】中文【中图分类】U665.11随着港口疏浚工程规模的不断扩大，大型挖泥船泥泵、高压冲水泵等电气设备容量不断加大，为了减少线路损耗，减小驱动电机的体积和重量，必须提高输电线路电压等级，相应地需选用高压交流电机，并将调速控制方案由原来的中小功率下常规低压变频器驱动，转变为大功率中压(≥1～10 kV)变频器驱动方式．按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10 kV时称高压，1 kV～10 kV时称中压．电气行业习惯上称额定电压为3 kV，特别是6 kV以上的电机为“高压电机”，所以工程上有时又将能驱动6 kV～10 kV交流电动机的变频器称之为高压变频器．由于变频器容量的提高，导致其中的电力电子设备所产生的谐波问题日趋严重[1]．变频器谐波会造成电压波形畸变，使电能质量下降、电能损耗增大．谐波可能引起重要的控制和保护装置误动作、船舶电力设备过载或损坏等，对船舶电网及电机负载的影响也会更大，因此，准确分析船舶电力系统谐波产生的根源和机理，进行实时监测，采取有效措施最大限度地抑制其影响，保障船舶电网的安全运行是非常重要和必要的[2]．在低压变频器领域，由于电力电子器件的耐压问题已解决，而且小功率应用谐波影响很小，其主电路形式已基本成熟，形成了标准的电路拓扑结构．但功率开关器件的耐压满足不了中、高压变频器的需要，加之大功率应用时电网高次谐波严重，为克服这些问题，涌现了诸如多脉冲移相整流、多电平逆变、单元串联多重化、交-交变频等多种中压变频器主电路的拓扑结构及输入输出谐波抑制技术．1 中压变频调速系统的基本形式按变频器输出电压方式，中压变频调速系统的基本形式有直接高-高型、高-中型和高-低-高型，其原理图如图1、图2和图3所示．图1 直接高-高型变频调速系统图2 高-中型变频调速系统图3 高-低-高型变频调速系统1)高-高型变频器直接输出3 kV或6 kV高压，用GTO，IGBT，IGCT或SCR器件串联的办法实现直接的高压变频．其优点是能四象限运行，工作可靠，保护性能好，没有降压、升压变压器，设备紧凑，效率高．缺点则是需要器件串联，均压和缓冲技术复杂．输入侧采用可控硅相控整流，电流型变频器输入电流谐波较大．2)高-低-高型使用低压变频器输出380 V或690 V，再增加升压变压器升到3 kV或6 kV．为避免直接高压变频在技术和成本上的困难，小容量高压变频可以采用高-低-高方式．其优点是传动具四象限运行能力，可以任意匹配电动机电压等级，容量小的时侯改造成本较低．缺点则是降压/升压变压器体积大，装置结构复杂，能量经过多次变换后系统效率降低．3)高-中型则兼有两者的优点，其可靠性高、控制简便、价格适中、维护性好，因此在挖泥船建造中广泛选用高-中型变频调速系统．2 中压变频器的拓扑结构与谐波分析1)三电平12脉冲变频器．当PWM电压源型变频器输出电压在1～6 kV时，为了避免整流及逆变器件串联引起的静态和动态均压问题[3]，降低输出端谐波分量，其主电路一般为电压源型的交-直-交结构，形式上多采用三电平电路，即中性点箝位方式(NPC，Neutral Point Clamped)，电路如图4所示[4]．图4 三电平12脉冲主电路原理图三电平整流电路一般是12脉冲，整流变压器一次侧接成三角形，二次侧一个接成三角形，另一个接成星形，能够滤除3次谐波(零序电压)对电网的影响．由于两个2次侧绕组线电压相同，则它们各相之间相位差为30度，则5次、7次谐波会在1次侧抵消，17次、19次谐波也会互相抵消．1次电流中的特征谐波为11、13、23、25、35、37，即12 k±1次谐波，其中k=1，2，3，…．如果要求更高，整流电路还可以采用18脉冲、24脉冲等，则对应的整流变压器二次侧分别需3个、4个绕组，整流桥分别需3个、4个串联．二极管箝位的三电平逆变电路，输出波形中存在较大的谐波分量，因此必须在变频器输出端配置输出滤波器，谐波指标才能满足国标要求，使得总谐波畸变率THD<5%．逆变器的功率器件可采用高压IGBT(西门子公司常用)或IGCT(ABB公司常用)．2)单元串联多重化电压源型变频器．当高压变频器输出电压为6～10 kV时，一般采用单元串联多重化电压源型变频器．所谓多重化就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成，各功率单元由1个多绕组的隔离变压器供电．美国罗宾康(ROBICON)公司利用单元串联多重化技术，生产出功率为315 kW～10 000 kW的完美无谐波(Perfect Harmony)高压变频器，无须输出变压器实现了直接3.3 kV或6 kV高压输出．无须外加滤波器即可满足供电部门对谐波的严格要求，其输入功率因数可达0.95以上， THD<1%．但是，由于采用二极管不可控整流电路，能量无法回馈电网，所以这种变频器不能四象限运行．3)输入输出双PWM结构的三电平变频器．从船舶负载种类而言，风机、泵类等是不要求四象限运行的设备，单元串联多重化电压源型变频器有较大的应用前景．但是，对于电力推进、提升等类负载，则要求四象限运行，此时适合采用输入输出双PWM结构的三电平变频器，如图5所示．图5 双PWM型变频器双PWM变频器的典型产品是AB公司的PowerFlex7000系列中压变频器，采用18脉冲驱动方案，变频器输出电压分别有3.3 kV、4.16 kV和6 kV可选，也可省去图5中的变压器，属于真正意义的高-高方案．可靠性高，结构简单，整流桥是PWM控制，因而电网谐波含量小，输入输出波形好，具有四象限运行和能量回馈功能，将电解电容改为大电感，则为电流源型变频器，能快速响应负荷变化．3 结束语传统的二电平6脉冲变频器由于其本身的缺点，大功率使用受到限制．采用高压IGBT、IGCT的三电平变频器具有结构简单、可靠性高、器件数量少、效率高的优点．但波形稍差，需加LC输出滤波器．而且目前由于器件耐压的限制，输出电压只能达到4.16 kV，无法给6 kV电机供电；单元串联多重化变频器非常适合船上的风机、泵类等是不要求四象限运行的设备；输入输出双PWM结构的三电平变频器具有电网谐波含量小、输入输出波形好、能四象限运行等诸多优点，具有良好的发展前景．参考文献:[1] 刘凯，李明勇.多相整流谐波抑制技术[J].船电技术，2005(3)：26-29．[2] 邰能灵，王鹏，倪明杰.大型船舶电力系统关键技术与应用[M].北京:科学出版社，2012．[3] 徐甫荣.中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较[J].电气传动自动化，2003(4)：5-12．[4] 孟晓芳，李策，王钰.西门子系列变频器及其工程应用[M].北京:机械工业出版社，2008.。
中压变频器主电路拓扑结构的分析与比较
中压变频器主电路拓扑结构的分析与比较丁少杰（西门子（中国）有限公司Ｉ＆Ｓ，北京 １００１０２）摘要：分析比较了中压变频器目前应用的主要几种主电路拓扑结构，指出其各自的优缺点和适用场合，并得出结论。
关键词：中压变频器； 主电路； 拓扑结构中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ｂ文章编号：１００９－０１３４（２００４）０５－００６９－０３０ 引言 中压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的拓扑结构，而是受限于功率器件的耐压，出现了多种拓扑结构。
中压变频器主电路结构早期采用低压变频器和输入输出变压器组成“高－低－高”方案，这种方案实质上还是低压变频器，只不过从电网和电机两端来看是高压的，存在中间低压环节电流大，变频器输出含有高次谐波和直流分量，升压变压器须特殊设计，两个变压器有较大损耗，效率较低，装置占地面积大等缺点。
为了克服这些缺点，“高－低－高”方案已基本被“高－高”方案所取代。
“高－高”方案就是取消输出变压器，变频器输出高压直接驱动高压电动机。
“高－高”方案国内外一般采用两种思路，一是采用功率器件串联的方法，主电路结构仍采用常规的三相桥式逆变器，产品主要有功率器件为ＳＣＲ、ＧＴＯ或ＳＧＣＴ的电流源中压变频器，输出滤波采用电容滤波，输出电流电压波形都接近正弦波。
二是采用多电平结构。
多电平结构的思想最早是由日本长冈科技大学的Ａ Ｎａｂａｅ等人于８０年代提出的【１】。
它的一般结构是由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦波输出电压。
这种变换器的优点是：由于输出电压电平数的增加，合成的输出波形有更多的台阶，这些台阶形成一种梯状波形，近似于正弦波。
当波形合成中台阶数增多时，输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小，无需均压电路，开关损耗小，ｄｖ／ｄｔ较小对电机绝缘十分有利。
多电平变换器的电路结构目前主要有３种【２】：级联多电平逆变器（Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓｗｉｔｈ ｓｅｐａｒａｔｅ ＤＣ ｓｏｕｒｃｅｓ简称ＣＭＩ）、二极管钳位（Ｄｉｏｄｅ─Ｃｌａｍｐ）、飞跨电容（Ｆｌｙｉｎｇ─ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）。