电力电子 多电平技术.ppt
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第5章 多电平变换器.ppt
两电平拓扑结构
1)一般只使用于小容量的变换器。 2)输出电压波形中谐波较大。 3)一般来说，需要较高的开关频率。 4)输出电压波形中，du/dt较大。 5)损耗较大，效率较低。
两电平拓扑结构
图7 三相两电平逆变拖动系统的示意图
两电平拓扑结构
图8 两电平SPWM调制波与线电压幅频特性及其谐波分析
二极管钳位式多电平变换器
表1 二极管钳位式多电平变换器器件个数统计(一个桥臂)(单位：“个”或“只”)
3.4.2 二极管钳位式多电平变换器
图12 两种二极管钳位式五电平变换器示意图(一个桥臂)
二极管钳位式多电平变换器
图13
3.4.2 二极管钳位式多电平变换器
图14
3.4.2 二极管钳位式多电平变换器
级联式多电平变换器
6)不存在电容电压不平衡问题。 1)需多个独立直流电源。 2)不易实现四象限运行。 3)所需开关器件较多，若采用U/f开环控制，低频时电平数减少， 输出谐波增加。 4)单元采用电解电容的可靠性差。
级联式多电平变换器
图15 两个H桥级联的变换 器示意图(一个桥臂)
级联式多电平变换器
变换器理想开关的定义
1)通态时，看成是一个阻值极低的电阻，可以认为阻值为零。 2)阻态时，看成是一个阻值极大的电阻，可以认为阻值为无穷大。 3)开通和关断，即通态和阻态之间切换时，切换时间为零。 4)通态时，至少在一个方向上能流通电流；阻态时，至少能在一 个方向承受电压，最理想的开关能够双向流通电流，双向承受电 压，即双向可控开关。 1)通态时，无论其流经的电流为多大，两端压降为零。 2)阻态时，无论其两端承受的电压为多大，流经电流为零。 3)开通时，即由阻态向通态转换时，其阻态两端承受的压降在零 时间内降为零。
电力电子技术多电平技术新全面.ppt
最新.课件
19最新.课件20源自二极管箝位型逆变器的优点二极管箝位结构的显著优点：就是利用二
极管箝位解决了功率器件串联的均压问题，适 于高电压场合。
由于没有两电平逆变器中两个串联器件同
时导通和同时关断的问题，所以该拓扑对器件
的动态性能要求低，器件受到的电压应力小，
系统可靠性有所提高。在输出性能上也拥有多
最新.课件
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若要得到更多电平数，如N电平，只需将 直流分压电容改为(N-1)个串联，每桥臂主开关 器件改为2(N-1)个串联，每桥臂的箝位二极管 数量改为(N-1)(N-2)个，每(N-1)个串联后分别 跨接在正负半桥臂对应开关器件之间进行箝位， 再根据与三电平类似的控制方法进行控制即可。
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6
1多电平变换器研究的背景及意义
随着社会工农业生产规模的不断扩大，对
能源的需求量也越来越大，对于现有的有限能 源，如何合理利用，是各国政府关心的问题。 我国政府制定的“十二五”规划，把节能减排 定为规划纲要，以保证我国经济和社会的可持 续发展。
电动机作为工业、农业、市政等领域的主
动力源，是能源消耗的大户，根据国家权威部 门统计，我国的发电量有60%左右被电动机消 耗，而其中的90%被交流电动机消耗。
1977年德国学者Holtz首次提出了利用 开关管来辅助中点箝位的三电平逆变器 主电路。
1980年日本的A Nabae等人对其进行了 发展，提出了二极管箝位式逆变电路。
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13
图1为单相二极管箱位逆变电路，它 具有2个电容，能输出3电平的电压。
最新.课件
14
Bhagwat和Stefanovic在1983年进一步将三电 平推广到多电平的结构。二极管箝位式多电平 变换电路的特点是采用多个二极管对相应的开 关器件进行箝位，同时利用不同的开关组合输 出所需的不同电平。
多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述ppt课件
C5
Dp1
D c1
D c4 Sa1
D c9
vo
sc1
sc4
sc9
C2
D c5
D c1 0
Dn1 sc2
D c2
sc10
sn1
sc5
Sa 2
1V dc
C6
D c6 D a2
D c1 1
Dn2 sc6
sc11
sn2
C3
D c1 2
Dn3
sc12
sn3
1V dc
C7
Dn4
sn4 0
5-Level
图15 通用五电平单臂电路
C4
Sa4'
-
0 V1
Ca3 Ca2
Ca1
Ca3
a
Ca2
Ca3
Sb1
Sb2
Cb3
Sb3
Cb2
Sb4
Cb1
Cb3
b
Sb1' Cb2
Sb2' Cb3
Sb3'
Sb4'
图4 单相飞跨电容型五电平变换器主电路构造
特点：大量的开关组合冗余， 可用于电压平衡控制；
〔普通采用相移PWM调制〕
在纯无功负载情况下，电 容电压不能平衡，因此不 能用于无功补偿等场所。
图20 新颖调制方法下的实验结果
➢ 我们对飞跨电容型拓扑也得到了基于控制自在度组合额的载 波PWM调制方法。
结论与展望
1. 对多电平变换器拓扑的系统化研讨。
2. 多电平变换器最优拓扑的研讨，使其构造简单， 控制方便，性能优越。
3. 从控制自在度组合的思想出发，充分利用多电平变换 器具有多个控制自在度的特点，结合多电平变换器详细 的电路拓扑，将多个控制自在度进展组合，对一个或多 个性能目的进展优化，使多电平变换器的PWM控制方法 趋于适用化。
电力电子技术(完整幻灯片PPT
1-3
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗 通态损耗
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1-4
2.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
恢复特性的软度：下降时间与
延复迟系时数间，用的S比r表值示tf。/td，或称恢uFFra bibliotek2V0
b) tfr
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
2.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图2-7 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
四层三结三极。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力电子技术(完整幻灯片 PPT
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗 通态损耗
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1-4
2.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
恢复特性的软度：下降时间与
延复迟系时数间，用的S比r表值示tf。/td，或称恢uFFra bibliotek2V0
b) tfr
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
2.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图2-7 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
四层三结三极。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
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(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26
第五讲-多电平
船推动器等老式工业旳改造和高速列车、城市地铁轻轨 、电 动汽车等当代化交通工具旳驱动中也需要使用大容量旳调速 系统, 以提升系统性能和生产效率。
5.1 多电平简介（续1）
• 日本长岗科技大学A. Nabae等人于1980年在IAS年会上首 次提出三电平逆变器，为高压大容量电压型逆变器旳研制 开辟了一条新思绪。今后经过数年旳研究发展出几种主要 旳拓扑构造，为高压大容量高性能逆变器提供了新旳发展 方向。主要优点体目前：
5.1 多电平简介（续3）
二极管箝位式多电平逆变器
优点： • 输出电压谐波含量小，波形更接近正弦。 • 电磁干扰（EMI）问题大大减轻，一次动作旳dv/dt只有一
般双电平旳1/(M-1)。 • 阶梯波调制时，器件在基频下工作，开关损耗小，效率高。
5.1 多电平简介（续4）
缺陷：
• 不同级旳直流侧电容电压在传递有功功率 时出现不均衡现象。
• 更适合大容量、高电压场合。 • 可产生M层阶梯输出电压，对阶梯波再作调制，能够得到
很好近似旳正弦波，具有谐波数很低。 • 电磁干扰（EMI）问题大大减轻，一次动作旳dv/dt只有一
般双电平旳1/(M-1)。 • 系统总损耗小，效率高。
5.1 多电平简介（续2）
多电平逆变器研究拓扑和调制措施
拓扑构造 • 二极管钳位多电平逆变器 • 飞跨电容多电平逆变器 • 级联多电平逆变器 调制措施 • 多电平消谐波PWM措施 • 多电平空间矢量措施 • 优化阶梯波宽度技术 • 相移SPWM技术
• 三电平逆变器因为有钳位二极管，开关器 件旳端电压为VD/2，多合用于高电压、大 功率场合。
5·3 中压变频器
➢ 国标AC电网电压等级为：380/220，3KV，6KV， 10KV，110KV，220KV，500KV
5.1 多电平简介（续1）
• 日本长岗科技大学A. Nabae等人于1980年在IAS年会上首 次提出三电平逆变器，为高压大容量电压型逆变器旳研制 开辟了一条新思绪。今后经过数年旳研究发展出几种主要 旳拓扑构造，为高压大容量高性能逆变器提供了新旳发展 方向。主要优点体目前：
5.1 多电平简介（续3）
二极管箝位式多电平逆变器
优点： • 输出电压谐波含量小，波形更接近正弦。 • 电磁干扰（EMI）问题大大减轻，一次动作旳dv/dt只有一
般双电平旳1/(M-1)。 • 阶梯波调制时，器件在基频下工作，开关损耗小，效率高。
5.1 多电平简介（续4）
缺陷：
• 不同级旳直流侧电容电压在传递有功功率 时出现不均衡现象。
• 更适合大容量、高电压场合。 • 可产生M层阶梯输出电压，对阶梯波再作调制，能够得到
很好近似旳正弦波，具有谐波数很低。 • 电磁干扰（EMI）问题大大减轻，一次动作旳dv/dt只有一
般双电平旳1/(M-1)。 • 系统总损耗小，效率高。
5.1 多电平简介（续2）
多电平逆变器研究拓扑和调制措施
拓扑构造 • 二极管钳位多电平逆变器 • 飞跨电容多电平逆变器 • 级联多电平逆变器 调制措施 • 多电平消谐波PWM措施 • 多电平空间矢量措施 • 优化阶梯波宽度技术 • 相移SPWM技术
• 三电平逆变器因为有钳位二极管，开关器 件旳端电压为VD/2，多合用于高电压、大 功率场合。
5·3 中压变频器
➢ 国标AC电网电压等级为：380/220，3KV，6KV， 10KV，110KV，220KV，500KV
多重逆变电路和多电平逆变电路ppt课件
导通 1 VT
导
3
通
t
O
t
iW
VT
导通
6
VT
导
5
通
O
t
uVT1
VT
导通
2
O udM
t
O
返回
t
32
图5-20 二重单相逆变电路
Ud
j=60°
T1 u1
uo T2
u2
图5返-2回0
33
图5-21 二重逆变电路的工作波形
u1
三次谐波
O
t
180°
u2
60°
三次谐波
O
t
uo 120°
O
t
图返5回-21
34
uG1
+
O
t
V1
V3
uG2
VD1
VD3 O
t
Ud
C
V2
R io L
uo VD2 V4
uG3 O
VD4
uG4 O
t t
-
uo io O
io
uo t3
t1 t2
t
a)
b)
返回
20
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电
路
负载
io
uo
+
Ud
V1
-
V2 VD 1
VD 2
返回
21
图5-9 三相电压型桥式逆变电路
t
t
t
Ud 6
t
Ud 3
t
t
t23
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
id Ud
VT3 VT5 VT1
U V W
开关电源基础与应用(第二版)课件：多电平直流变换
多电平直流变换 图8-5 阶梯波调制
多电平直流变换 在阶梯波调制中，可以通过选择每一个电平持续时间的 长短来实现低次谐波的消除。消除k次谐波的方法是使电压 系数bk=0，此方法的本质是对参考电压的模拟信号作量化逼 近。此方法调制比变化范围宽而且算法简单，硬件电路实现 方便。不足之处是这种方法输出波形的谐波含量高。2m+1 次的多电平阶梯波调制的输出电压波形的傅里叶分析如下：
多电平直流变换 1．阶梯波PWM调制 阶梯波PWM法利用输出电压阶梯电平台阶来逼近模拟 电压参考信号，典型的阶梯波调制的参考电压和输出电压如 图8-5所示。这种方法对功率器件的开关频率要求不高，可 以用低开关频率的大功率器件如GTO实现。该方法的缺点 是，开关频率较低使得输出电压谐波含量较大，波形质量差， 不适用于对电压质量要求较高的负载。
多电平直流变换
多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理 8.2 单管直流变换器三电平拓扑变换 8.3 推挽变换器三电平拓扑变换 8.4 全桥直流变换器的三电平拓扑变换 8.5 三电平直流变换器的控制方法
多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理
8.1.1 多电平变换器的特点 现有的电力电子开关器件无法满足其功率与开关频率之
要(n－1)/2个独立电源，2(n－1)个主开关器件。
多电平直流变换 图8-4 单相独立直流电源级联逆变器电路
多电平直流变换
该结构中若两个电源的电压存在Uin2=2Uin1的关系，则 将有七种输出电位：0、±Uin1、±2Uin1和 ±3Uin1。若两个 电源的电压成Uin2=3Uin1的关系，则将有9种输出电位：0、 ±Uin1、±2Uin1、±3Uin1和 ±4Uin1。由于器件的耐压有限， 所以串联级数不能无限增加，实际系统的级联数目一般不超 过3。
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1) 对应于Vdc/2状态，开关S1和S2导通； 2) 对应于-Vdc/2状态，开关S1'和S2'导通； 3) 对应于0状态， (S1，S1')导通，或者(S2，
S2')导通。 当(S1，S1')导通时，电容C1被充电，当(S2， S2')导通时，电容C1放电。电容C1被充电可 由适当选择 0 状态开关组合来实现。
对应于Vdc/2 状态，开关S1和 S2导通；对应于－Vdc/2 状态， 开关S1 ‘和S2 ’导通；对应于 0 状态，S2和S1‘ 导通。 P102
特点：任意时刻控制导通的器件数是桥臂器件 数的一半。此例桥臂器件4个，每次控制2个。 优点：绝对不会形成电源通过桥臂短路，所以 不用设死区时间。
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
二极管嵌位逆变器 五电平二极管嵌位逆变器 P105
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
设中点 n 为输出相电压的参考点来说明阶梯波电压 的合成。 在 a 点和 n 点间有五种开关模式的组合来合成五电 平。 1）对应于Van = Vdc/2，导通S1-S4。 2）对应于Van = Vdc/4，导通S2-S4和S1'。 3）对应于Van = 0，导通S3-S4，S1'和S2'。 4）对应于Van =-Vdc/4，导通S4和S1'-S3'。 5）对应于Van =-Vdc/2，导通S1'-S4'。 四组互补的开关存在于每一相中。互补开关被定义为， 当其中的一个开关导通时另一个开关就截止，反之亦 然。上例中，四组互补开关为(S1，S1')，(S2，S2')， (S3，S3')，(S4，S4')。
4.2 －1 多电平技术的优点
每个功率器件仅仅承受单级电压，所以可以用低耐压 的器件实现高压大功率输出，且无需均压电路。P102
电平数的增加，改善了输出电压波形，减小了输出电 压波形畸变，输出电压谐波含量降低。
可以以较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变 换器相同THD的输出电压波形，因而开关损耗小、效 率高。
3) 对于Van = 0，则有6种组合方式： d) 导通S1，S2，S1'，S2' e) 导通S3，S4，S3'，S4' f) 导通S1，S3，S1'，S3' g) 导通S1，S4，S2'，S3' h) 导通S2，S4，S2'，S4' i) 导通S2，S3，S1'，S4' 4) 对应于Van = -Vdc/4，则有3种组合方式： 5) 对应于Van = -Vdc/2，导通S1'-S4' 。
无需输出变压器，减少了系统的体积和损耗。
4.2 －2 多电平技术的电路结构
二极管箝位型多电平变流器 电容箝位型多电平变流器 级联型变流器
4.2 －3 二极管箝位型多电平变流器
三电平二极管嵌位 逆变器
图中，两个串联的电容C1和C2 把直流总线电压分成 3 个等级。 其中两个电容的中点 n 定义为零 点电压。输出端Van有三个状态： Vdc/2，0，－Vdc/2。
4.2 －4 电容箝位型多电平变流器
五电平电容嵌位 逆变器 P106
电容嵌位五电平逆变器，它的电压合成比二极管方 式更具有灵活性。Van可有以下开关组合方式合成： 1) 对应于Van = Vdc/2，导通S1-S4。 2) 对应于Van = Vdc/4，则有3种组合方式： a) 导通S1，S2，S3，S1' b) 导通S2，S3，S4，S4' c) 导通S1，S3，S4，S3'
二极管箝位多电平变流器的元件：P105
设变流器的电平数为m，则： 1. 需分压电容： m－1 2. 每相开关元件： 2（m－1） 3. 每相二极管： （m－1）（m－2）
4.2－4 电容箝位型多电平变流器
三电平电容嵌位 逆变器
此电路又被称为飞跨(悬浮)电容逆变 器，独立的嵌位电容使每个逆变单元 的电压被嵌制在一个电容电压。图中 a点和n点间输出三电平， Van=Vdc/2, 0, 或-Vdc/2。 P106
Flexible AC transmission System
FACTS
灵活交流输电系统或柔性交流输电系 统
4.2 多电平技术
多电平技术概念最早由日本长冈科技大学的A.Nabae 等人在1980年IAS年会上提出来。目前已经成为电力 电子学中，以高压大功率变换为研究对象的一个新的 研究领域。
多电平变换器主要采用器件箝位或输出串联等方式将 低压的功率开关器件连接在一起，实现了高电压、大 容量。多电平变换技术已经在有源电力滤波器、高压 直流变换和功率因数校正等方面取得了成功的应用。
Байду номын сангаас
4.2 －6 多电平技术的矢量控制 P107
五电平逆变器的 电压矢量图
多电平技术的一大优点 是矢量合成的优越性
利用电压空间矢量定义 式,可得到N电平逆变器 的电压矢量图。
4.2 －4 电容箝位型多电平变流器
电容箝位多电平变流器的元件：P106
设变流器的电平数为m，则： 1. 需分压电容： m－1 2. 每相开关元件： 2（m－1） 3. 每相箝位电容：（m－1）（m－2）/2
4.2 －4 电容箝位型多电平变流器
电容箝位型多电平变流器的缺点： P107 1. 需大量电容，电容体积大，成本高， 封装难。 2. 器件负荷不一致，电流等级不同。 3. 控制用功功率时，开关频率高，开关损 耗大。 4. 为使电容充放电保持平衡，增加了系统 控制的复杂度。
4.2－5 级联型多电平变流器
级联型逆变器
具有独立直流电源的级 联型逆变器最初应用在 电机驱动领域，每个全 桥单元需要一个绝缘的 和独立的直流电源。级 联的逆变器适用于所有 的功率状况，特别是中 压系统。在线性功率串 并联状态下，与传统的 PWM 控制的逆变器相 比，此逆变器的比较优 势是低成本，高性能， 低电磁干扰(EMI)，高 效率等优点。
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
二极管箝位多电平变流器的缺点：P106
1. 需大量二极管，大大提高了成本，安装困难， 实际应用仅限于7电平或9电平。 2. 器件负荷不一致，电流等级不同。 3. 单变流器难以控制用功功率。 4. 电容电压不平衡，增加了控制的复杂度和难 度。
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
S2')导通。 当(S1，S1')导通时，电容C1被充电，当(S2， S2')导通时，电容C1放电。电容C1被充电可 由适当选择 0 状态开关组合来实现。
对应于Vdc/2 状态，开关S1和 S2导通；对应于－Vdc/2 状态， 开关S1 ‘和S2 ’导通；对应于 0 状态，S2和S1‘ 导通。 P102
特点：任意时刻控制导通的器件数是桥臂器件 数的一半。此例桥臂器件4个，每次控制2个。 优点：绝对不会形成电源通过桥臂短路，所以 不用设死区时间。
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
二极管嵌位逆变器 五电平二极管嵌位逆变器 P105
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
设中点 n 为输出相电压的参考点来说明阶梯波电压 的合成。 在 a 点和 n 点间有五种开关模式的组合来合成五电 平。 1）对应于Van = Vdc/2，导通S1-S4。 2）对应于Van = Vdc/4，导通S2-S4和S1'。 3）对应于Van = 0，导通S3-S4，S1'和S2'。 4）对应于Van =-Vdc/4，导通S4和S1'-S3'。 5）对应于Van =-Vdc/2，导通S1'-S4'。 四组互补的开关存在于每一相中。互补开关被定义为， 当其中的一个开关导通时另一个开关就截止，反之亦 然。上例中，四组互补开关为(S1，S1')，(S2，S2')， (S3，S3')，(S4，S4')。
4.2 －1 多电平技术的优点
每个功率器件仅仅承受单级电压，所以可以用低耐压 的器件实现高压大功率输出，且无需均压电路。P102
电平数的增加，改善了输出电压波形，减小了输出电 压波形畸变，输出电压谐波含量降低。
可以以较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变 换器相同THD的输出电压波形，因而开关损耗小、效 率高。
3) 对于Van = 0，则有6种组合方式： d) 导通S1，S2，S1'，S2' e) 导通S3，S4，S3'，S4' f) 导通S1，S3，S1'，S3' g) 导通S1，S4，S2'，S3' h) 导通S2，S4，S2'，S4' i) 导通S2，S3，S1'，S4' 4) 对应于Van = -Vdc/4，则有3种组合方式： 5) 对应于Van = -Vdc/2，导通S1'-S4' 。
无需输出变压器，减少了系统的体积和损耗。
4.2 －2 多电平技术的电路结构
二极管箝位型多电平变流器 电容箝位型多电平变流器 级联型变流器
4.2 －3 二极管箝位型多电平变流器
三电平二极管嵌位 逆变器
图中，两个串联的电容C1和C2 把直流总线电压分成 3 个等级。 其中两个电容的中点 n 定义为零 点电压。输出端Van有三个状态： Vdc/2，0，－Vdc/2。
4.2 －4 电容箝位型多电平变流器
五电平电容嵌位 逆变器 P106
电容嵌位五电平逆变器，它的电压合成比二极管方 式更具有灵活性。Van可有以下开关组合方式合成： 1) 对应于Van = Vdc/2，导通S1-S4。 2) 对应于Van = Vdc/4，则有3种组合方式： a) 导通S1，S2，S3，S1' b) 导通S2，S3，S4，S4' c) 导通S1，S3，S4，S3'
二极管箝位多电平变流器的元件：P105
设变流器的电平数为m，则： 1. 需分压电容： m－1 2. 每相开关元件： 2（m－1） 3. 每相二极管： （m－1）（m－2）
4.2－4 电容箝位型多电平变流器
三电平电容嵌位 逆变器
此电路又被称为飞跨(悬浮)电容逆变 器，独立的嵌位电容使每个逆变单元 的电压被嵌制在一个电容电压。图中 a点和n点间输出三电平， Van=Vdc/2, 0, 或-Vdc/2。 P106
Flexible AC transmission System
FACTS
灵活交流输电系统或柔性交流输电系 统
4.2 多电平技术
多电平技术概念最早由日本长冈科技大学的A.Nabae 等人在1980年IAS年会上提出来。目前已经成为电力 电子学中，以高压大功率变换为研究对象的一个新的 研究领域。
多电平变换器主要采用器件箝位或输出串联等方式将 低压的功率开关器件连接在一起，实现了高电压、大 容量。多电平变换技术已经在有源电力滤波器、高压 直流变换和功率因数校正等方面取得了成功的应用。
Байду номын сангаас
4.2 －6 多电平技术的矢量控制 P107
五电平逆变器的 电压矢量图
多电平技术的一大优点 是矢量合成的优越性
利用电压空间矢量定义 式,可得到N电平逆变器 的电压矢量图。
4.2 －4 电容箝位型多电平变流器
电容箝位多电平变流器的元件：P106
设变流器的电平数为m，则： 1. 需分压电容： m－1 2. 每相开关元件： 2（m－1） 3. 每相箝位电容：（m－1）（m－2）/2
4.2 －4 电容箝位型多电平变流器
电容箝位型多电平变流器的缺点： P107 1. 需大量电容，电容体积大，成本高， 封装难。 2. 器件负荷不一致，电流等级不同。 3. 控制用功功率时，开关频率高，开关损 耗大。 4. 为使电容充放电保持平衡，增加了系统 控制的复杂度。
4.2－5 级联型多电平变流器
级联型逆变器
具有独立直流电源的级 联型逆变器最初应用在 电机驱动领域，每个全 桥单元需要一个绝缘的 和独立的直流电源。级 联的逆变器适用于所有 的功率状况，特别是中 压系统。在线性功率串 并联状态下，与传统的 PWM 控制的逆变器相 比，此逆变器的比较优 势是低成本，高性能， 低电磁干扰(EMI)，高 效率等优点。
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器
二极管箝位多电平变流器的缺点：P106
1. 需大量二极管，大大提高了成本，安装困难， 实际应用仅限于7电平或9电平。 2. 器件负荷不一致，电流等级不同。 3. 单变流器难以控制用功功率。 4. 电容电压不平衡，增加了控制的复杂度和难 度。
4.2－3 二极管箝位型多电平变流器