图2-3 共用直流母线型级联换流器
级联多电平换流器是由若干个基本变换单元串并联组合而成［3，4］，基本单元有H桥换流器、两电平换流器、三电平换流器等。每个基本单元可以输出方波或阶梯波，通过输出波形的叠加合成，形成更多电平台阶的阶梯波，以逼近正弦电压或电流。级联多电平换流器具有如下特点：
1）随着换流器级联数目的增加，输出电压或电流的电平数增加，从而使得输出电压或电流波形的谐波含量减小；
2）由于多个换流器单元串并联完成整个变换任务，虽然整体输出开关频率较高，但每个单元功率开关器件的开关频率并不高，适合中高压应用；
3）当某个基本单元故障时，可通过把此单元短接而退出工作，其他单元仍然能够正常工作，保证系统正常运行；
4）使模块化换流器产品的封装、生产和制造成为可能，扩展容易。
近年来，由于级联多电平换流器的上述优点，在中高压交流调速、不停电电源、无功补偿、直流输电等领域中的应用引起了电力电子行业的极大关注，成为高压大功率能量变换的首选方案。级联多电平换流器的结构一般分为共用直流母线型和分立直流母线型两种。
（1）共用直流母线型(www.xing528.com)
图2-3为一种共用直流母线型换流器的典型结构，所有模块直流侧连在一起，共同使用一个直流电源，交流侧通过变压器隔离后串联在一起接入电网。这种换流器的优点是：模块化结构，便于制造和扩容；开关频率低，输出电压波形质量好；模块输出电流小，功率回路设计简单；采用普通变压器，工艺要求低；各模块负载均分。其缺点是：变压器铁心独立，制造成本高。
（2）分立直流母线型
图2-4为分立直流母线型电压源换流器的典型电路，每个基本单元具有独立的直流电源，交流侧直接串联起来接入电网。这种结构的优点是：模块化结构，便于制造，扩容方便；开关频率低，输出电压波形质量好；模块输出电流小，功率回路设计简单；采用普通变压器，工艺要求低。其主要缺点是：多组电容器，不能进行背靠背连接。
图2-4 分立直流母线型电压源换流器
为了输出更多的电平，减少隔离电源数量，各个基本单元的电路结构也可以不同。这种由不同结构单元串联而成的换流器称为混联型换流器。实际中，由于级联多电平换流器主要用于高压大功率系统，为了充分发挥不同类型功率开关器件的优点，同一组（相）中的串联单元可以使用不同的器件，这种连接方式也称为混联，如图2-5所示，IGBT和IGCT的混联型逆变单元中，IGBT工作于相对较高的频率和较低的电压；而IGCT工作于相对较高的电压和较低的频率。
图2-5 混联变换器
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