三电平逆变电路拓扑

本课题分析的三电平逆变电路拓朴如下：

在上图中，ANPC有三个桥臂，每个桥臂均由6个带有续流二极管的IGBT Tx1、Tx2、Tx3、Tx4、Tx5和Tx6组成，其中x代表每相桥臂，x可取a、b、c。其中Tx1、Tx2、Tx3、Tx4决定着每项桥臂的输出电压，而Tx5决定着x相上桥臂中Tx1和Tx2承受相等电压，而Tx6绝定着x相下桥臂中Tx3和Tx4承受相等电压。每相电路不同的开关组合会输出不同的输出电压，下面将逐个对不同开关组合的工作模态进行分析，由于该电路的三相桥臂的工作状态相同，因此本文仅对a相桥臂的工作模态进行分析。

 （1）当Ta1=1，Ta2=1，Ta3=0，Ta4=0，Ta5=0，Ta6=1时电流流向情况如下所示：

在上图中由于Ta3，Ta4和Ta5均关断，因此电流会电流从C1流出，流经Ta1，Ta2流入负载，此时输出电压VaN为电容C1电压，由于直流侧电容将直流电压平分，所以电容C1和C2两端电压均为0.5Vdc，设直流测电容中电N的电压为0，因此该状态下的输出电压为0.5Vdc。

（2）当Ta1=0，Ta2=0，Ta3=1，Ta4=1，Ta5=1，Ta6=0时电流流向情况如下所示：

在上图中由于Ta1，Ta2和Ta6均关断，因此电流从C2流出，流经Ta4，Ta3流入负载，此时输出电压VaN为电容C2电压，因此该状态下的输出电压为-0.5Vdc。

（3）当Ta1=0，Ta2=1，Ta3=0，Ta4=0，Ta5=1，Ta6=0时电流流向情况如下所示：

在上图中由于Ta1，Ta3，Ta4和Ta6均关断，电流从N流出，流经Ta5，Ta2流入负载，然后从Da4和Da6流回，此时输出电压VaN为0，由于电流时是从a桥臂的上半部分流出的，因此定义该状态为0U1。

（4）当Ta1=0，Ta2=1，Ta3=0，Ta4=1，Ta5=1，Ta6=0时电流流向情况如下所示：

在上图中由于Ta1，Ta3和Ta6均关断，电流从N流出，流经Ta3，Ta6流入负载，此时输出电压VaN为0，于电流时是从a桥臂的上半部分流出的，因此定义该状态为0U2。

（5）当Ta1=0，Ta2=0，Ta3=1，Ta4=0，Ta5=0，Ta6=1时电流流向情况如下所示

在上图中由于Ta1，Ta2、Ta4和Ta5均关断，电流从N流出，流经Ta3，Ta6流入负载，此时输出电压VaN为0，于电流时是从a桥臂的下半部分流出的，定义该状态为0L1。

（6）当Ta1=1，Ta2=0，Ta3=1，Ta4=0，Ta5=0，Ta6=1时电流流向情况如下所示：

在上图中由于Ta2、Ta4和Ta5均关断，电流从N流出，流经Ta3，Ta6流入负载，此时输出电压VaN为0，于电流时是从a桥臂的下半部分流出的，定义该状态为0L2。

综上所述，A桥臂有三中输出电压，分别为0.5Udc、-0.5Udc和0.但是有多种开关组合可以输出为0V，因此在输出为0V是会存在冗余状态。在设计ANPC的三电平逆变器的开关顺序时，可以有多种的选择方案。由于逆变电路在切换工作模态时开关管不可避免的存在开通和关断动作，开关管开断过程中就会产生损耗。为提高逆变系统的效率，可选择合适的开关状态，使逆变器在切换开关工作模态时最大程度地减少开关管的开关次数，来避免不必要的功率损耗。在设计开关顺序时，使电路仅发生一次开通和关断动作即可完成模态的切换。

三电平逆变电路的调制

传统的两电平逆变电路的调制方法为SPWM调制，SPWM调制的定义为：脉冲宽度调制技术，其调制方法如下：

 SWPM的调制方法

SPWM选择三角波作为载波，期望输出的电压波形为调制波，将调制波与载波进行比较，如果调制波大于载波则输出高电平，反之调制波小于载波则输出低电平。可以换一个思路去思考，当调制波大说明，需要输出高电平，来提升输出电压，在调制波小的时候，输出低电平，另输出电压降低。

三角载波的意义就是可以让输出电压在高低电平不断切换。一个三角载波的周期内，输出电压的平均值可以等于调制波的在这个周期内幅值。经过每个三角波的调制，每个周期输出电压平均值都等于参考电压的期望电压。这就完成了SPWM调制。

跟据上图可以看出，当调制波越大的时候，输出高电平的脉宽就越长，这也侧面说明的脉冲宽度调节的含义。

当传统的逆变电路衍生为三电平逆变电路时，该如何采用SPWM进行调制。要时刻保持SPWM平均电压的思想。跟据上述电路的分析，当参考电压为正半周期时，输出电压为0和1，当参考电压为负半周期时参考电压为0和-1因此，可以推导出三电平逆变电路SPWM调制规则如下：

该调制方法为载波层叠调制方法，拓展一下，如果电路为5电平输出，则载波调制的方法为。针对更多电平，也是跟据不同区域的输出电压，进行不同的调制。