多電平變換器拓撲結構和控制方法研究

2.1.2 電容懸浮式多電平逆變電路

在1992年，T.A.Meynard和H.Foch提出了如圖3所示結構。它的特點是箝位二極管被箝位電容所代替，直流側電容不變，其工作原理與二極管箝位式逆變器相似。M電平逆變器可輸出M電平相電壓，(2M－1)電平的線電壓。

圖 3 電 容 懸 浮 式 5電 平 逆 變 電 路

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

這種結構相對于二極管箝位式逆變器的優點是：

1）在電壓合成方面，開關狀態的選擇具有更大的靈活性；

2）由于電容的引進，可通過在同一電平上不同開關的組合，使直流側電容電壓保持均衡；

3）可以控制有功功率和無功功率的流量，因此可用于高壓直流輸電。

但是，這種拓撲也有缺點：

1）對于這種結構，M電平的逆變器每個橋臂就需要(M－1)(M－2)/2個電容，再加上直流電源的M－1個電容，大量的電容使得系統成本高且封裝不易；

2）控制方法非常復雜，實現起來很困難；

3）存在電容的電壓不平衡問題。

2.1.3 電容電壓自平衡式逆變器

這種結構是2000年由Peng Fangzheng首次提出的^[4]，是以電容箝位的半橋結構為基本單元組成的。多級電路是由基本單元按金字塔結構形成的。圖4為5電平的電容電壓自平衡式逆變器。在圖4中，開關器件S_p1，S_p2，S_p3，S_p4，S_n1，S_n2，S_n3，S_n4和二極管D_p1，D_p2，D_p3，D_p4，D_n1，D_n2，D_n3，D_n4用來在輸出端輸出所需電平，其他開關器件、二極管和電容用于電平箝位以實現單元的自動均壓。

圖 4 電 容 電 壓 自 平 衡 式 5電 平 逆 變 器 單 相 電 路

Fig.4 Five levels self voltage balancing converter