王奎， 郑泽东， 许烈， 李永东

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

0 引 言

中点箝位型(neutral-point clamped，NPC)三电平逆变器由于结构简单，使用器件少等优点，在工业中得到了广泛的应用，尤其适合3.3 kV及以下电压等级功率变换场合，在海上风电、中压变频调速等领域得到了广泛的应用[1-4]。但是受目前开关器件电压等级的限制，为了提高输出电压等级，必须采用更高电平数，此时则存在母线中点电压难以平衡的问题，限制了其在更高电压场合的应用[5-6]。

采用二极管箝位的中点箝位型四电平逆变器如图1所示，3个相同的电容将直流母线分为相等的三段，其难点在于如何实现3个直流母线电容的电压平衡控制。已有文献研究表明，对于二极管箝位型四电平逆变器，在单位功率因数的情况下，采用最近三矢量PWM实现中点电压平衡控制的最大调制比不超过0.55[5]。

二极管箝位型多电平逆变器常用的调制策略包括载波层叠PWM和空间矢量PWM两种。载波层叠PWM具有控制简单、易于实现、谐波性能好等优点，但无法实现中点箝位型四电平逆变器全调制比和全功率因数范围内的中点电压平衡。为实现其中点电压平衡，通常需要采用额外的硬件平衡电路，或者采用背靠背结构[7-8]，大大增加了系统体积和成本。

空间矢量PWM随着电平数的增多具有大量的电压矢量和冗余开关状态，不同的开关状态对于中点电流的影响各不相同，因此可以通过选择多个不同的开关状态合成参考矢量来实现中点电压的平衡控制，此时基于最近三矢量的方法已不再适用，需要采用更加复杂的矢量合成方式，比如虚拟空间矢量PWM[9-10]。……