多电平变换技术的思想最早是在 1980 年 IAS 年会上，由日本长岗科技大学的 A. Nabae 等人提出的[1]。该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个开关管串联，用一对串联箝位二极管和内侧开关管并联，其中心抽头和第三电平连接，实现中点箱位，形成所谓中点箱位变换器(NPC-Neutral Point Clamped)。在这个电路中，主功率开关关断时，仅仅承受直流母线电压的一半，所以特别适合高压大功率应用场合。1983 年，Bhagwat 等人在此基础上，将三电平电路推广到任意 N 电平，对NPC 电路及其统一结构作了进一步的研究[2]。64379

这些工作为高压大功率变换器的研究提供了一条崭新的思路。八十年代末，随着 GTO，IGBT 等大功率可控器件容量等级的不断提高，以及以 DSP为代表的控制芯片的迅速普及，关于多电平变换器的研究和应用才有了迅猛的发展，不仅在电路拓扑、PWM 控制方法和软开关技术等方面形成了许多分支，而且应用领域从最初的 DC-AC 变换，如大功率电机驱动，拓展到电力系统无功补偿和柔性交流输变电，再到近期的高压直流输电[3-5]。

现有的多电平功率变换拓扑主要有以下三种：

(1)二极管箝位型多电平逆变器；

(2)飞跨电容型多电平逆变器；

(3)级联型多电平逆变器；

由这三种基本拓扑结构又派生出了很多拓扑结构，主要有以下两种：

(4)混合型多电平逆变器；

(5)通用型多电平逆变器。

多电平逆变器概念的提出至今，短短二十多年的时间里，已经形成了三类基本拓扑以及一系列改进型拓扑。与此相对应的是，大量多电平逆变器的控制方法也被提出和研究。拓扑的研究方面，改进的主要方向是减少逆变器件的数量，并解决电容电压的不均衡等问题；控制方面，改进的主要方向是输出波形的优化和控制的简化及算法的通用性等。多电平逆变器特殊的拓扑结构，无论是对电力电子器件还是对控制电路的要求都比较高，因此在多电平逆变器概念提出的最初几年，它并没有受到更多的关注。直到20世纪80年代末，随着GTO、IGBT、IGCT等可控器件的不断发展和以DSP为代表的智能控制芯片的迅速普及，多电平逆变器的研究和应用才有了飞速的发展。无功补偿和变频调速是目前多电平逆变器应用的主要领域。论文网

多电平逆变器存在的问题及发展方向

多电平逆变技术产生以来，经过四十余年的发展，至今已被应用于电力系统、电机调速系统及各种电源系统等需要电能变换的领域。我们在小功率、低压用电领域，多电平逆变技术的各个方面己渐趋成熟，将来的研究目标则是高功率、高效率和高性能；而在高压大功率的工业领域各个方面的技术正成为当今多电平逆变技术的研究重点，而当前研究的重点是在以下两个方面的应用：

1)电力系统中，作为直流输电的高压整流器和高压逆变器使用和作为治理无功与谐波污染的静止无功功率发生器与电力有源滤波器的主电路使用；

2)在高压大功率传动机械，或高压大功率交流电动机变频调速系统中作为整流器与逆变器使用，如应用于工业风机或泵类的变频调速系统以及轨道交通系统的牵引动力。

目前多电平逆变器研究的难点主要集中在两个方面：其一就是多电平逆变器技术所固有的一些缺陷，例如这种技术开关管较多，控制较为复杂。该技术研究的另外一个难点就是电力电子器件相关技术水平的限制。多电平逆变器将会从功率电路与控制电路两方面进行进一步发展。功率电路方面随着电力电子器件制造工艺的进一步提高，器件耐压与开关速度进一步提高，输出电压等级将进一步提高，输出电压质量能进一步改善；控制电路方面，数字控制器件(如DSP等的)的进一步发展，新型控制算法的提出与应用，使控制电路控制精度进一步提高，进而提高输出电能质量。