1、三電平簡介：NPC（Neutral Point Clamped）三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用最為廣泛的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最早由日本長岡科技大學(xué)學(xué)者南波江章（Akira Nabae ）在80年的IAS年會(huì)上提出，并于90年代初在高壓變頻器上得到實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

近年來隨著電力電子技術(shù)在電力行業(yè)的發(fā)展，NPC三電平技術(shù)開始越來越多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，包括光伏逆變器、風(fēng)電變流器、高壓變頻器、UPS、APF/SVG、高頻電源等都有著廣泛的應(yīng)用。NPC拓?fù)渥畛Ｓ玫挠袃煞N結(jié)構(gòu)，就是我們常說的“I”字型（也稱NPC1）和“T”字型（也稱NPC2）。原理圖如下：

2、三電平優(yōu)缺點(diǎn)

三電平電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①單個(gè)器件承受的電壓較低，可以用在較高電壓場合。

②相對于兩電平，產(chǎn)生的電平數(shù)量較多，多電平疊加后更相似于正弦波，諧波含量小。

③電磁干擾問題減輕，三電平逆變器器件一次動(dòng)作的dv/dt僅為傳統(tǒng)兩電平的二分之一。

④開關(guān)損耗顯著降低，效率提高。

三電平電路的主要缺點(diǎn)為：

①需要較多的開關(guān)期間；

②控制算法復(fù)雜；

③功率損耗不平衡問題。

3、NPC1 三電平結(jié)構(gòu)換流工作原理

①正電壓，負(fù)電流（V>0，I<0）

這種情況下，電壓為正，電流為負(fù)，從交流端流入拓?fù)洌?dāng)輸出正脈沖的時(shí)候，電流通過二極管流向正端；當(dāng)輸出零脈沖的時(shí)候，電流通過T3以及二極管流入中性點(diǎn)。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結(jié)構(gòu)，T1和T3進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)切換。T3打開后，電流由T3和D6流向中性點(diǎn)實(shí)現(xiàn)換流，同時(shí)D1反向恢復(fù)；T3關(guān)斷后，電流由二極管D1、D2進(jìn)行續(xù)流。

②正電壓，正電流（V>0，I>0）

這種情況下，電壓為正，電流為正，從交流端流出拓?fù)洌?dāng)輸出正脈沖的時(shí)候，電流通過IGBT（NPC1:T1&T2）流向交流端；當(dāng)輸出零脈沖的時(shí)候，電流通過T2以及二極管流到交流端。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結(jié)構(gòu)，T1和T3進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)切換。T1關(guān)斷后，電流由T2和D5流向交流端實(shí)現(xiàn)續(xù)流；T1打開后，電流由T1、T2進(jìn)行換流，同時(shí)D5反向恢復(fù)。

③負(fù)電壓，正電流（V<0，I>0）

這種情況下，電壓為負(fù)，電流為正，從交流端流出拓?fù)洌?dāng)輸出負(fù)脈沖的時(shí)候，電流由負(fù)端通過二極管流出；當(dāng)輸出零脈沖的時(shí)候，電流通過T2以及二極管流到交流端。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結(jié)構(gòu)，T2和T4進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)切換。T2打開后，電流由T2和D5流向交流端實(shí)現(xiàn)換流，同時(shí)D4反向恢復(fù)；T2關(guān)斷后，電流由二極管 D3、D4進(jìn)行續(xù)流。

④負(fù)電壓，負(fù)電流（V<0，I<0）

這種情況下，電壓為負(fù)，電流為負(fù)，從交流端流入拓?fù)洌?dāng)輸出負(fù)脈沖的時(shí)候，電流通過IGBT流向負(fù)端；當(dāng)輸出零脈沖的時(shí)候，電流通過T3以及二極管流到中性點(diǎn)。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結(jié)構(gòu)，T2和T4進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)切換。T4關(guān)斷后，電流由T3和D6流向中性點(diǎn)實(shí)現(xiàn)續(xù)流；T4打開后，電流由T3、T4進(jìn)行換流，同時(shí)D6反向恢復(fù)。

對上面的換流過程總結(jié)可以得到輸出正電壓、中點(diǎn)電壓、負(fù)電壓以及加上全部關(guān)斷的時(shí)候的高阻狀態(tài)總共四個(gè)主要開關(guān)狀態(tài)。