關(guān)鍵字 高壓大容量；多電平變換器；PWM控制
0 引言
能源短缺和環(huán)境污染是人類當前面臨的共同的世紀性難題。上世紀70年代以來兩次世界性的能源危機以及當前環(huán)境問題的嚴重性，引起世界各國對節(jié)能技術(shù)的廣泛關(guān)注。我國能源生產(chǎn)和消費已列世界第二，但仍遠遠滿足不了工業(yè)生產(chǎn)和人民生活發(fā)展的需要，在能源十分緊張的情況下，卻因為在節(jié)能方面的巨大差距，造成單位產(chǎn)值能耗太大，每年的能源浪費驚人。如相當一部分的風機、水泵類負載，由于采取恒速驅(qū)動，浪費掉大量的電能。這類拖動系統(tǒng)約占工業(yè)電力拖動總量的一半，如果采用調(diào)速節(jié)能技術(shù)則至少可節(jié)約20%以上的電能。我國“十一五”規(guī)劃提出了不斷提高能源利用效率和效益的節(jié)能目標，而節(jié)能工作的重點則放在推行量大面廣的節(jié)能技術(shù)上。其中一項重要措施就是要逐步實現(xiàn)電動機、風機、泵類設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，發(fā)展電機調(diào)速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術(shù)，只有這樣才能以較低的能源消費彈性系數(shù)和較大的節(jié)能量來長期支持國民經(jīng)濟快速、健康、持續(xù)的發(fā)展。
此外，大量的煤炭、石油沒有經(jīng)過深加工就被燒掉，不但熱利用率低，還造成對環(huán)境的嚴重污染。目前，汽車廢氣排放過度已造成全球性的溫室效應(yīng)，也是造成北京地區(qū)空氣污染的主要原因之一。解決城市環(huán)境污染和交通擁擠的重要途徑是發(fā)展高速公共交通工具（地鐵，城市輕軌）及電動汽車，高速電氣化列車則是實現(xiàn)城際快速交通的首選，其核心技術(shù)都是上世紀80年代以來和微電子技術(shù)并駕齊驅(qū)飛速發(fā)展起來的一門新技術(shù)———現(xiàn)代電力電子及交流電機傳動技術(shù)。此外，在軋鋼、造紙、水泥制造、礦井提升、輪船推進器等工業(yè)和民用領(lǐng)域中也應(yīng)廣泛使用大中容量交流電機調(diào)速系統(tǒng)。此時，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用不但可達到節(jié)能的目的，還可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的性能最佳，改善工藝條件，并大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
從目前掌握的資料和市場上提供的大容量調(diào)速產(chǎn)品可以看到，目前每年世界范圍內(nèi)的交流電機調(diào)速系統(tǒng)的硬件，軟件和外圍設(shè)備的總銷售額是48.5億美元。其中歐洲、中東和非洲總共占39%，日本占27%，北美占21%，亞洲12%，最后是拉丁美洲的1%。從系統(tǒng)功率的銷售分布看，小功率的調(diào)速系統(tǒng)仍然支配著市場，1~4kW的調(diào)速系統(tǒng)占了總銷售額的21%，5~40kW系統(tǒng)則占總銷售額的26%。但是隨著以IGBT、IGCT為代表的新型復(fù)合器件耐壓、電流和開關(guān)性能的迅速提高，大容量交流電機調(diào)速技術(shù)必將獲得飛速的發(fā)展和長足的進步，其市場前景十分鼓舞人心。
國外在高性能大容量交流電機傳動技術(shù)的研究和應(yīng)用上遠遠走在我們前面，已有MV·A級的高壓逆變器產(chǎn)品大量投入市場，并應(yīng)用于電力機車、船艦電力推進、軋鋼、造紙及供水等系統(tǒng)中，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)及其產(chǎn)品已成為一些工業(yè)發(fā)達國家的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。目前我國大、中容量交流調(diào)速系統(tǒng)的研制工作起步較晚，很多必需的場合均為國外產(chǎn)品所占領(lǐng)。
因此，研制性能可靠，價格便宜的大、中容量高性能交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)，并盡快投入批量生產(chǎn)，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變，降低單位
產(chǎn)值能耗，打破西方國家在此領(lǐng)域的壟斷地位，都將具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。
1 大容量交流電機調(diào)速技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀80年代以來，現(xiàn)代電力電子技術(shù)開始向高頻、高效（低開關(guān)損耗）、高功率因數(shù)、高功率密度（組合集成化）及高壓大功率方向迅速發(fā)展。以GTO、JT、MOSFET為代表的自關(guān)斷器件得到長足的發(fā)展，尤其是以IGBT為代表的雙極型復(fù)合器件的驚人發(fā)展，使得電力電子器件正沿著大容量、高頻、易驅(qū)動、低損耗、智能模塊化的方向前進。伴隨著電力電子器件的飛速發(fā)展，大功率逆變器及交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也日趨高性能化。
1.1傳統(tǒng)大功率逆變電路
傳統(tǒng)的大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)采用的變換器主要有：
1）普通交-直-交三相逆變器；
2）降壓-普通變頻器-升壓；
3）交-交變頻器；
4）變壓器耦合的多脈沖逆變器。
以上的大功率變換電路研究比較成熟，但在實現(xiàn)大功率交流傳動的同時，在性能上沒有什么突破，且裝置復(fù)雜，制作成本高，控制方式可靠性低，并且對電網(wǎng)污染嚴重，功率因數(shù)低，無功損耗大，須附加諧波治理裝置，設(shè)備成本成倍增加。因此近十幾年來，一些新型高壓大功率逆變器，尤其是電壓型多電平變換器拓撲引起了許多學(xué)者的注意。
1.2新型多電平電壓型逆變器
日本長岡科技大學(xué)的A．Nabae等人于1980年在IAS年會上首次提出三電平逆變器，又稱中點箝位式（NPC）逆變器。它的出現(xiàn)為高壓大容量電壓型逆變器的研制開辟了一條新思路。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的研究，發(fā)展出幾種主要的多電平變換器拓撲結(jié)構(gòu)，主要分兩種[1][2][3]：第一種為單一直流電源的箝位型變換器拓撲，包括二極管箝位型（DiodeClamped），電容箝位型（CapacitorClamped），以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展出的通用型拓撲，還有層疊式多單元拓撲（StackedMulti-cell）；第二種為獨立直流電源的級聯(lián)型拓撲（CascadedInverterwithSeparatedDCSource）。現(xiàn)有的多電平變換器分類如圖1所示。
根據(jù)直流電壓源的性質(zhì)和串聯(lián)方式不同，上述兩種拓撲可以用兩個電路模型表示：單一直流電源直接串聯(lián)分壓模型和多個電氣獨立的直流電源串聯(lián)模型，分別如圖2和圖3所示。在圖2中，多電平變換電路可以等效為虛線中的多路開關(guān)，現(xiàn)實中是由功率開關(guān)器件網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，不同的開關(guān)狀態(tài)即代表接到不同的節(jié)點。圖3中作為直流電源的VDC1……
VDCn經(jīng)過變換電路的不同開關(guān)狀態(tài)，可以在輸出端組合出多種電平值。
多電平變換器拓撲結(jié)構(gòu)與普通兩電平逆變器相比具有以下優(yōu)點：
1）更適合大容量、高壓的場合；
2）可產(chǎn)生M層階梯形輸出電壓，理論上提高電平數(shù)可接近純正弦波形，諧波含量很小；
3）電磁干擾（EMI）問題大大減輕，因為開關(guān)器件一次動作的dv/dt通常只有傳統(tǒng)雙電平的1/（M-1)；
4）效率高。消除同樣諧波，雙電平采用PWM控制法開關(guān)頻率高、損耗大；而多電平逆變器可用較低頻率進行開關(guān)動作，開關(guān)頻率低、損耗小，效率提高。
除上述共同特點外，幾種拓撲結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，
現(xiàn)比較如下。
1.2.1二極管箝位的多電平逆變器
二極管箝位式多電平結(jié)構(gòu)是出現(xiàn)較早，應(yīng)用場合較多的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是采用多個二極管對相應(yīng)開關(guān)器件進行箝位，輸出相應(yīng)M電平的相電壓。二極管箝位式拓撲具有多電平逆變器共同的優(yōu)點，但存在自身不足：
1）箝位二極管承受的電壓不均勻；
2）器件所需額定電流不同，按最大額定設(shè)計將造成（M-1）（M-2）/2的開關(guān)器件容量上有所浪費，利用效率低；
3）直流側(cè)電容由于一個周期內(nèi)的流入和流出的電流可能不相等，造成不同級的直流側(cè)電容電壓在傳遞有功功率時出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象；
4）當進行有功傳遞時，如不附加恒壓裝置，必將導(dǎo)致M電平逐漸變?yōu)槿娖剑∕為奇數(shù)）或兩電平（M為偶數(shù)）。解決的辦法通常可用PWM電壓調(diào)節(jié)器
或電池來代替電容，但這樣又將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，使成本升高。
為解決以上問題，在傳統(tǒng)的二極管箝位式多電平結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了幾種改進型結(jié)構(gòu)。在兩個相鄰箝位二極管兩端加上箝位電容的改進拓撲結(jié)構(gòu)不但解決了二極管串聯(lián)問題，而且所加電容對開關(guān)器件關(guān)斷時的過壓進行箝位。由于所加電容充放電的作用，減小了直流側(cè)電容電壓的不平衡性，且能實現(xiàn)電流的雙向流動。另一種是將兩個相同變換器背對背使用的改進結(jié)構(gòu)，左邊作為整流器，右邊作為逆變器，把直流側(cè)電容相應(yīng)節(jié)點進行連接，可較好地平衡電容電壓。
1.2.2電容箝位的多電平逆變器
電容箝位的多電平逆變器最早由T.A.Meynard和H.Foch在1992年P(guān)ESC年會上提出，最初目的是減少NPC多電平逆變器中過多的箝位二極管，即采用懸浮電容器來代替箝位二極管工作，直流側(cè)的電容不變。其工作原理與二極管箝位電路相似。對比二極管箝位多電平逆變器，這種拓撲結(jié)構(gòu)雖省去了大量的二極管，但又引入了不少電容。對高壓大容量系統(tǒng)而言，電容體積龐大、占地多、成本高、封裝不易。
電容的引進使電壓合成的選擇增多，開關(guān)狀態(tài)的選擇具有更大的靈活性，通過在同一電平上進行合適的不同開關(guān)狀態(tài)的組合，使電容電壓保持均衡，可較好地應(yīng)用于有功調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速系統(tǒng)，但控制方法變得較為復(fù)雜，而且開關(guān)頻率將增高，開關(guān)損耗加大，效率隨之降低。
為保持電容電壓的平衡，Meynard提出了一種采用背對背的變換器結(jié)構(gòu)來調(diào)整電容充放電的平衡，并采用成一定比例的開關(guān)模式來同時控制整流橋和逆變橋，使得流向電容的功率和從電容流出的功率相同。通過對電容電壓進行檢測，如果出現(xiàn)不平衡，可以適當改變整流橋的控制。其缺點是，引入了大量的懸浮電容，而且存在著電容電壓平衡的問題，目前法國ALSTOM公司已開發(fā)出此類產(chǎn)品。
1.2.3電壓自平衡式多電平變頻器拓撲
2000年美國密執(zhí)根大學(xué)的彭方正博士提出了一種電壓自平衡的多電平拓撲，它不需要借助附加的電路來抑制直流側(cè)電容的電壓偏移問題，從理論上實現(xiàn)了一個真正的有實際應(yīng)用價值的多電平結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的二極管箝位式和電容箝位式電路拓撲也可以由它簡化和發(fā)展而來。
高壓大容量多電平電路的一個技術(shù)難點就是中點電壓的控制問題。對于三電平及以上電平數(shù)的拓撲，如果中點電壓控制的不好，是不能有效地應(yīng)用于大容量的電能變換場合的。對于以上幾種拓撲結(jié)構(gòu)，電壓高于三電平時，或者是需要隔離的直流電源，或者是需要增加一個復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)來幫助維持中點電壓的平衡。這種新的拓撲結(jié)構(gòu)具有電壓自平衡的功能，對于各種逆變器控制策略和負載情況，都能有效地控制中點電壓。
圖4即為這種新型的自平衡多電平結(jié)構(gòu)單相的拓撲，它是由基本的兩電平單元組成的。因為基本的單元是一個兩電平的單相電路（atwo-levelphaseleg），所以由它組成的多電平結(jié)構(gòu)又叫做P2多級逆變器。
這種可電壓自平衡的P2多電平拓撲的特點是：
1）系統(tǒng)的電能損耗反比于電容量和開關(guān)頻率，提高開關(guān)頻率和加入一些特定的開關(guān)狀態(tài)可以大大減小損耗，提高系統(tǒng)效率；
2）相比一般的二極管箝位和電容箝位式拓撲，該系統(tǒng)各級的中點電壓都能得到很好的控制；
3）對一個M級電平的P2逆變器系統(tǒng)，所需的開關(guān)器件/二極管數(shù)目為M（M-1)，需要的電容器數(shù)量為M（M-1)/2；
4）計算簡單，器件應(yīng)力可達到最小化。
對圖4的系統(tǒng)進行簡化和變形，可以得到傳統(tǒng)的二極管箝位和電容箝位式多電平拓撲，以及一些其他的改進拓撲。去掉圖4所有的箝位開關(guān)，可以得到二極管-電容箝位的多電平系統(tǒng)，如圖5所示；而去掉箝位開關(guān)和二極管，則得到電容箝位式的多電平系統(tǒng)，如圖6所示；去掉箝位開關(guān)和電容，可得到二極管箝位式拓撲，如圖7所示；再對調(diào)二極管的連接，可得到一種改進的背對背的二極管箝位式系統(tǒng)，如圖8所示。
這種通用的多電平拓撲的應(yīng)用還包括開關(guān)電容DC-DC變換器和倍壓電路；此外，結(jié)合其他電路的使用還可實現(xiàn)雙向的DC-DC變換。也可以用三電平單元代替兩電平單元來實現(xiàn)多電平變頻器。
1.2.4層疊式多單元結(jié)構(gòu)（SMC）
SMC結(jié)構(gòu)如圖9所示，這種結(jié)構(gòu)也能實現(xiàn)高壓、多電平輸出[12][13]。這種結(jié)構(gòu)相比一般電容箝位型結(jié)構(gòu)有一定的優(yōu)勢，可以使用更少個數(shù)和更小體積的電容，減少了裝置的體積，尤其在大于三電平以上高壓輸出的應(yīng)用中。
SMC拓撲結(jié)構(gòu)是基于跨接電容和開關(guān)組成的基本換流單元的一個混合結(jié)構(gòu)。圖10為兩層疊兩單元變換器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)相當于把兩個電容箝位型單元疊加起來，圖中S21a、S21b和S21為互補開關(guān)，不能同時開通，同樣其他開關(guān)也有類似的互補開關(guān)對。上層和下層采用類似電容箝位型的開關(guān)方法，就可以實現(xiàn)多電平的輸出。
但是，這個結(jié)構(gòu)也有一些缺點：為了滿足最底層和頂層一方開通時的耐壓要求，拓撲中外側(cè)功率開關(guān)都是兩管直接串聯(lián)，帶來了開通和關(guān)斷同步問題，而且由于不是總工作在上述的兩個狀態(tài)，從另一個角度說，浪費了功率器件的耐壓容量，而且當需要進一步升壓，層疊數(shù)超過兩層時，開關(guān)數(shù)量會大大增加，電容也會增多；同時，這類拓撲的控制方法也比較復(fù)雜，其優(yōu)越性也不明顯。
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1.2.5帶分離直流電源的串聯(lián)型多電平逆變器
對于帶分離直流電源的串聯(lián)型多電平逆變器，要獲得更多電平只須將每相所串聯(lián)的單元逆變橋數(shù)目同等增加即可，如圖11所示。其特點是：
1）直流側(cè)采用電壓相同但相互隔離的直流電源，不存在電壓均衡問題，無須二極管或電容箝位，易于進行調(diào)速控制；
2）因每個H橋都采用單相控制，直流電容在任一時刻都有交流電流通過，因此需要用較大容量的直流電容；
3）控制方法相對簡單，因每一級結(jié)構(gòu)的相同性，可分別對每一級進行PWM控制，然后進行波形重組；
4）對相同電平數(shù)而言，串聯(lián)型結(jié)構(gòu)所需器件數(shù)目最少；
5）一般二極管箝位式、電容懸浮式限于7或9電平，串聯(lián)型結(jié)構(gòu)因無二極管和電容的限制，電平數(shù)可較大，適合更高電壓，諧波含量更少；
6）由于每一級逆變橋構(gòu)造相同，給模塊化設(shè)計和制造帶來方便，且裝配簡單，系統(tǒng)可靠性高。另外，某一級逆變橋出現(xiàn)故障時，就被旁路掉，剩余模塊可不間斷供電，以盡量減少生產(chǎn)損失。
因這種結(jié)構(gòu)較容易采用低壓的功率開關(guān)器件，實現(xiàn)多級電壓串聯(lián)，獲得高電壓、大容量，因此具有較大的實用性。當然，這種結(jié)構(gòu)的不足之處在于需要很多隔離的直流電源，應(yīng)用受到一定限制。
目前，國際上很多著名的電氣公司包括羅賓康、東芝、ANSLADO、三菱都已經(jīng)具有同類的產(chǎn)品，可以用在大容量電機調(diào)速、無功補償?shù)纫恍┬袠I(yè)。國內(nèi)也有產(chǎn)品問世，可用于拖動風機、水泵等調(diào)速系統(tǒng)中。
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1.2.6三相逆變器串聯(lián)式結(jié)構(gòu)
1999年E.Cengelci等人提出了一種新型的變壓器耦合式單元串聯(lián)高壓變頻結(jié)構(gòu)。其主要思想是用變壓器將三個由IGBT或IGCT構(gòu)成的常規(guī)逆變器單元的輸出疊加起來，實現(xiàn)更高壓的輸出，并且這三個常規(guī)逆變器可采用同一種控制方式，電路結(jié)構(gòu)和控制方法都大大簡化。其拓撲如圖12所示。
這種三相逆變器串聯(lián)式逆變器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：
1）以三個常規(guī)的逆變器為核心構(gòu)成高壓變頻器，每個逆變器可采用常規(guī)PWM調(diào)制方法；
2）三個常規(guī)的逆變器平衡運行，各分擔總輸出功率的1/3；
3）整個變頻器輸出可等效為7電平PWM，諧波小且dv/dt低；
4）輸出變壓器的容量只需總?cè)萘康?/3；
5）18脈沖輸入，網(wǎng)側(cè)無諧波且功率因數(shù)高。
由于三相逆變器串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的三個逆變器電壓、電流和功率完全對稱，三個逆變器可采用完全相同的控制規(guī)律，但是相當于兩電平的高壓變頻器，dv/dt太大。因此可以采用將三個逆變器的PWM信號相互錯開1/3周期的辦法，對SPWM來說就是三個逆變器各自采用一個三角波，相位互差120°，相當于一個線電壓為7電平的高頻變壓器。電機線電壓PWM波形與變壓器繞組如圖13、圖14所示。
綜上所述，二極管箝位式和電容箝位式由于存在均壓問題，比較適合應(yīng)用于無功調(diào)節(jié)，而在有功傳遞，如電機調(diào)速方面控制較難，需要實施額外的算法。電壓自平衡的P2多電平系統(tǒng)不需要大量的變壓器，結(jié)構(gòu)緊湊，功率因數(shù)高，無電磁干擾，損耗低，在多電平逆變器實現(xiàn)的領(lǐng)域上引起了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。在輸入變壓器成本允許的前提下，串聯(lián)型結(jié)構(gòu)以較低耐壓器件實現(xiàn)高壓大容量，由于電平數(shù)可以很多，網(wǎng)側(cè)和輸出側(cè)諧波很低，若采用四象限整流，并與現(xiàn)代電機控制理論結(jié)合，高性能四象限大容量交流電機變頻調(diào)速將成為可能，其在交流傳動領(lǐng)域的應(yīng)用將很樂觀。三相逆變器串聯(lián)式可以保證均衡利用功率和變轉(zhuǎn)矩負載條件的運行，并且對電網(wǎng)諧波污染小，可很好地用于中壓（2300～4160V）的交流
電機調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)。
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2 PWM控制技術(shù)
大功率逆變器電路拓撲結(jié)構(gòu)不斷更新的同時，與之相應(yīng)的PWM控制技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。各國學(xué)者不僅對傳統(tǒng)的PWM進行革新，也不斷地提出一些全新的控制策略。
2.1傳統(tǒng)的PWM控制技術(shù)及其發(fā)展
傳統(tǒng)的PWM控制技術(shù)多用于兩電平逆變器的門極驅(qū)動控制，其主要方法是依靠載波和調(diào)制波的比較，得出交點，或采用微機計算方法得到門極觸發(fā)脈沖控制信號。正弦脈寬調(diào)制SPWM，調(diào)制波為正弦波，實現(xiàn)的典型方法有自然采樣PWM，規(guī)則采樣PWM，等面積PWM等方法。三電平電路中，若采用兩個正弦波與一個三角波比較，可得到雙向dipolar調(diào)制PWM[14]，可大大減少相間電壓的諧波。以上這些方法都可以在多電平電路中加以使用。且根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，實現(xiàn)的方法也不同。
2.2優(yōu)化PWM技術(shù)
近年來，優(yōu)化PWM技術(shù)得到了迅速發(fā)展。它是根據(jù)諧波含量，諧波畸變率（THD）最小，轉(zhuǎn)矩脈動最小等目標函數(shù)，尋求PWM控制波形。最優(yōu)化PWM有一般PWM方法不具備的特殊優(yōu)點，如電壓利用率高，開關(guān)次數(shù)少及可實現(xiàn)特定優(yōu)化目標等。優(yōu)化PWM可用于多電平逆變器，而且可利用NPC逆變器的特點對每個開關(guān)器件的控制規(guī)律進行優(yōu)化以提高整體性能，降低電機損耗。
2.3多電平逆變器與空間電壓矢量PWM
空間電壓矢量PWM法，是以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機的理想磁通為基準，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準圓磁通，由比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān)順序，形成所需的PWM波形。電壓矢量PWM法消除諧波效果類似于多電平SPWM。對于三電平、五電平逆變器，開關(guān)模式容易計算，易于數(shù)字化實現(xiàn)。但隨電平數(shù)增加，開關(guān)模式的計算量劇增，而且所需內(nèi)存增加很多。由于開關(guān)模式選擇冗余度大，選擇合適矢量，可達到消除共模電壓作用，而且對于二極管箝位式多電平逆變器，可消除或減小直流側(cè)電容電壓的不平衡性。
隨著多電平逆變器的出現(xiàn)，空間電壓矢量SVPWM有了進一步的發(fā)展。比如對三電平中點箝位式逆變器，選取適當?shù)目臻g矢量組合和電壓矢量導(dǎo)通時間，可得到很逼近圓形的磁通。根據(jù)選擇矢量的不同還可以有多種SVPWM控制方案，各種方法得到的調(diào)制矢量角各不相同，控制性能也各不相同。比起雙電平空間矢量，其矢量選擇范圍大，能更好地逼近正弦磁通，控制電機能獲得更好的性能。同時，其良好的拓撲結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)容量變大，可靠性提高，損耗減少。
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三電平逆變器存在直流側(cè)的高壓，因此對器件仍有潛在的高壓威脅，可靠性受到一定的限制。另外，直流側(cè)電容電壓的均衡問題是控制上比較棘手的地方。這種逆變器也存在網(wǎng)側(cè)的諧波，用特殊的處理方法，比如雙PWM技術(shù)可以得到很好的結(jié)果。在某些場合（比如UPS中），多電平逆變器還可采用電流滯回控制PWM方法。
3 結(jié)論及展望
由于在功率器件研制及拓撲結(jié)構(gòu)方面取得的突破性進展，大容量交流電機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)著嶄新的面貌，蘊藏著巨大的發(fā)展機遇。
傳統(tǒng)大功率逆變電路由于體積大，性能差，并對電網(wǎng)產(chǎn)生較多諧波，因此應(yīng)用領(lǐng)域越來越多地受到限制。而新型多電平逆變器由于具有動態(tài)性能好，對電網(wǎng)和電機產(chǎn)生的諧波較少，可以升高電壓等優(yōu)點，受到越來越多的重視。當PWM技術(shù)應(yīng)用于多電平逆變器時，產(chǎn)生一些改進方案，對高性能大容量逆變器的應(yīng)用起了重要作用。
目前我國電動機調(diào)速技術(shù)的特點是以低壓、小容量調(diào)速對象為主，高壓、高效的變頻調(diào)速裝置以進口為主。面對節(jié)能、改善工藝的迫切需求和巨大的市場前景，國產(chǎn)高壓大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)還基本上剛剛起步。然而，困難與希望同在，挑戰(zhàn)與機遇共存。國際上具有生產(chǎn)、研制新型大功率變頻調(diào)速裝置能力的均是世界知名的大電工電氣公司，由于他們在電力電子技術(shù)發(fā)展的過程中一直是按部就班進行的，形成了從功率半導(dǎo)體器件到整機生產(chǎn)的全套工業(yè)環(huán)節(jié)，市場慣性和企業(yè)本身的龐大機構(gòu)使得他們不會馬上轉(zhuǎn)產(chǎn)全新的產(chǎn)品。而我國是一個新興的發(fā)
展中國家，盡管在老技術(shù)方面有一些投資，但投資相對較小，包袱不大，可以馬上轉(zhuǎn)入最新技術(shù)的開發(fā)和利用，借鑒別人的經(jīng)驗，跨過他們已經(jīng)走過的路程。
在最新領(lǐng)域取得研究成果的基礎(chǔ)上盡快產(chǎn)業(yè)化，可大大縮短與先進國家的差距，在某些方面甚至還可以超過他們。從目前看，大容量交流電機調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的時機業(yè)已成熟，國內(nèi)只要在體制改革、生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策方面走上軌道，其發(fā)展前途不可限量。
作者簡介：
李永東（1962-），男，清華大學(xué)電機工程系教授，博士生導(dǎo)師，電力電子與電機系統(tǒng)研究所負責人。長期從事高性能、大容量、全數(shù)字化交流電機控制系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究。
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