摘要：文章首先分别介绍了三电平逆变器和四电平逆变器的拓扑结构和工作原理。然后在Matlab/simulink仿真软件平台上分别搭建了三电平用IPD进行了仿真实验，得出一系列输出电压波形和THD值。最后对得到的输出波形和频谱进行了简要的分析。
关键词：二极管箝位；多电平逆变器；同相层叠调制；谐波
- 一、三电平二极管箝位式多电平逆变器拓扑结构与原理
图1为三电平NPC逆变器的简化电路图。
逆变器A相桥臂由带有反并联二极管（D1～D4）的四个有源开关（S1~S4）组成。开关器件既可以采用IGBT，也可以采用IGCT。
逆变器直流侧的两个直流电容给出了中点Z。联结中点的二极管Dz1和Dz2为箝位二极管。当S3和S4导通时，逆变器输出端A通过其中一个箝位二极管连接到中点。每个直流电容上的电压E，通常为总直流电压的Vd的一半。
以A相位桥臂为例，其开关状态P表示上端的两个开关导通，Z点的端电压VAZ为+E，状态N表示下端的两个开关管导通，Z点的端电压VAZ为-E。开关状态O表示中间的两个开关管导通，此时箝位二极管把VAZ箝位在零电压上。功率开关器件的开关状态可以描述为下面表1的形式。
表1 开关状态定义
从以上的表格中，可以推知，开关S1和S2是运行在互补模式，即一个开关开通，另一个必须关断，同样，S2和S4也是互补的。输出电压有三个电平：+E、0、-E，因此为三电平逆变器。输出线电压通过相电压相减计算得到，它包括了五个电平（+2E、+E、0、-E、-2E）。
- 二、四电平逆变器拓扑结构及原理
四电平二极管钳位式逆变器的拓扑结构（一相）如下图2所示。
图2 四电平逆变器A相拓扑结构
此逆变器的每相桥臂由6个有源开关管和相应的钳位二极管组成，三相共用一组直流电容。
和三电平二极管箝位式多电平逆变器一样，四电平逆变器也是通过开关状态的不同，使得端电压VAO改变。四电平逆变器输出的A相端口电压的波形由3E、2E、E和0四个电平组成。开关状态如下表格所示。当A桥臂上端3个开关导通时，VAO为3E；而下面3个开关导通时，VAO为0。当逆变器输出端A通过导通的中间3个开关和相应的箝位二极管连接到电容电路的X或Y点时， 分别为2E或E。
- 三、模型建立与仿真
- 四、结论
详见报告+Matlab仿真
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