多电平变换器拓扑结构和控制方法研究

2.1.2 电容悬浮式多电平逆变电路

在1992年，T.A.Meynard和H.Foch提出了如图3所示结构。它的特点是箝位二极管被箝位电容所代替，直流侧电容不变，其工作原理与二极管箝位式逆变器相似。M电平逆变器可输出M电平相电压，(2M－1)电平的线电压。

图 3 电 容 悬 浮 式 5电 平 逆 变 电 路

Fig.3 Three phases five levels capacitance neutral point clamped converter

这种结构相对于二极管箝位式逆变器的优点是：

1）在电压合成方面，开关状态的选择具有更大的灵活性；

2）由于电容的引进，可通过在同一电平上不同开关的组合，使直流侧电容电压保持均衡；

3）可以控制有功功率和无功功率的流量，因此可用于高压直流输电。

但是，这种拓扑也有缺点：

1）对于这种结构，M电平的逆变器每个桥臂就需要(M－1)(M－2)/2个电容，再加上直流电源的M－1个电容，大量的电容使得系统成本高且封装不易；

2）控制方法非常复杂，实现起来很困难；

3）存在电容的电压不平衡问题。

2.1.3 电容电压自平衡式逆变器

这种结构是2000年由Peng Fangzheng首次提出的^[4]，是以电容箝位的半桥结构为基本单元组成的。多级电路是由基本单元按金字塔结构形成的。图4为5电平的电容电压自平衡式逆变器。在图4中，开关器件S_p1，S_p2，S_p3，S_p4，S_n1，S_n2，S_n3，S_n4和二极管D_p1，D_p2，D_p3，D_p4，D_n1，D_n2，D_n3，D_n4用来在输出端输出所需电平，其他开关器件、二极管和电容用于电平箝位以实现单元的自动均压。

图 4 电 容 电 压 自 平 衡 式 5电 平 逆 变 器 单 相 电 路

Fig.4 Five levels self voltage balancing converter