各种常用多电平逆变器小结

本文首先总结了级联H桥、NPC和FC多电平逆变器的工作原理和优缺点，并以七电平为例仿真验证了关于器件开关频率、器件电压应力、输出谐波含量等特点。接着研究了紧密型多电平逆变器的工作原理和控制策略，主要研究内容包括主电路拓扑、运行原理、控制策略、调制策略等方面，并对各类拓扑中器件数量与电平关系进行了归纳总结，形成数学表达式。建立了传统两电平、二极管钳位三电平、紧密型七电平逆变器的损耗模型，分别计算了在开关频率为10kHz、20kHz和50kHz下的损耗值大小。通过电压外环电流内环的控制方式，建立了单相紧密型七电平逆变器在孤岛运行时的仿真模型，建立了单相紧密型七电平逆变器在并网运行时的仿真模型。

经过本文的研究，得到如下结论：

　　（1） 传统两电平逆变器的电磁干扰大，du/dt大，设备体积大，开关频率高，逆变效率低，不适用于高压系统等，采用多电平逆变器可以有效的解决这些问题。

　　（2） H桥多电平逆变器的控制较简单，但需要的独立直流电压源数量较多；NPC多电平逆变器的控制简单，不需要额外的独立直流电源，但需要较多数量的钳位二极管；FC多电平逆变器的开关状态组合多、较灵活，控制较复杂，需要考虑飞跨电容电压不平衡等问题。

　　（3） 由于紧密型七电平逆变器的器件数量大于两电平和三电平，因此功率器件的总导通损耗较大。在开关频率较低时，导通损耗为主要损耗，因此紧密型七电平逆变器的损耗较大，优势不明显。但随着开关频率的增大，开关损耗成为主要损耗，这时紧密型七电平逆变器的损耗值，优势明显。

　　（4） 与传统的多电平逆变器的相比，紧密型多电平逆变器使用的器件数量少，开关状态，控制简单，设备体积小。

　　（5） 对单相紧密型七电平逆变器孤岛运行时采用电压外环电流内环的控制策略，使其能够按照给定的电压和频率参考值输出电压和频率；通过对单相紧密型七电平逆变器进行并网仿真，证明了其在并网时的可行性与可靠性。

1.1 下一步工作展望

　　本文通过学习已有的七电平逆变器以及新型的紧密型七电平逆变器，取得了一定的成果。但是由于时间和作者水平有限，仍有许多的工作待进一步研究。具体说明如下：

　　（1） 传统多电平逆变器的学习与仿真中仅仅对部分拓扑进行了电流单闭环的仿真学习，因此只能对器件数量、器件耐压、器件开关频率等参数进行学习对比。同时，由于飞跨电容逆变器不能采用传统的载波层叠方式进行控制，因此可以进一步研究改进型载波层叠法或学习空间电压矢量控制的控制方法，用于控制飞跨电容逆变器。

　　（2） 逆变器电平数量越多，输出谐波含量越小，因此所需要的滤波电感也越小，由滤波电感带来的损耗也越小。因此，在损耗模型中，还可以建立滤波电感的损耗。这样可以更加突出多电平逆变器的效率优势。同时，进行损耗对比时，还可以再建立其它七电平逆变器的损耗模型与紧密型七电平逆变器进行对比。

　　（3） 在目前的仿真中，暂时只建立了直流源为理想电压源和接入整流桥时的模型，应继续建立紧密型七电平逆变器接入光伏系统时的模型将其运用到光伏并网系统中。