王 奎 郑泽东 李永东

（清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室 北京 100084）

1 引言

在高压大容量变频调速领域，多电平变换器由于在提高电压等级和减小输出谐波上的巨大优势，获得了越来越广泛的应用。虽然各种新拓扑结构层出不穷，但目前在工业上应用最多的多电平拓扑结构还是二极管钳位式和 H桥级联式结构[1-2]。二极管钳位式三电平结构在中压变频调速领域应用广泛，但受限于器件耐压等级，输出电压不能进一步提高。若采用更高电平的话，则存在电容电压难以平衡的问题。虽然采用背靠背结构或者增加外部均压电路能够控制电容电压的平衡[3-5]，但结构复杂，钳位二极管数量也急剧增加。在高压变频调速领域，H桥级联式结构占有绝对的优势，不仅可以采用大量低电压等级的器件实现高压的输出，而且具有结构模块化强、使用器件最少、可靠性高、输入功率因数高、输出不需使用滤波器等优点。其不足之处是需要使用移相隔离变压器，而且电平数越多，需要的变压器二次绕组也越多。而多绕组移相变压器体积大，制造困难，成本也很高。

为解决移相变压器带来的H桥级联变换器的缺点，本文提出了一种新型的无变压器级联多电平变换器拓扑，它秉承了H桥级联结构模块化的优点，通过功率单元级联可以很容易地实现更高电平。最重要的是它的所有电容处于悬浮状态，可采用单一直流电源供电而不需要移相变压器，采用背靠背结构很容易实现四象限运行，这也是传统H桥级联结构难以做到的。……