第

24

卷第

3

期

TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL 

SOCIETY 

Mar.   2009 

一种混合级联型多电平逆变器拓扑结构

饶建业

李永东

（清华大学电力电子研究所

北京

  100084

）

摘要

在交流电动机调速领域，

大容量多电平变换器的应用越来越广泛，

为了改善系统性能，

各种各样的多电平拓扑结构被提出。本文提出了一种新颖的混合级联式多电平拓扑结构，该结构

将传统的

H

桥逆变器（主逆变器）和二极管钳位型三电平逆变器（从逆变器）结合起来，串联为

电动机供电，而这其中仅仅只有主逆变器需要电压源。这种新型的拓扑结构由于增加了从逆变器

作为辅助单元用于能量存储，可以提高系统的效率，一定程度上实现电动机的四象限运行。相比

传统的

H

桥逆变器，该拓扑可以减少输入电压源的数目；当电动机以稳定速度运行时，从逆变器

可以为负载提供无功能量。该拓扑结构在电力机车和大型舰船推进系统等领域有着广泛的应用前

景。

关键词：

混合级联型多电平

逆变器

电动机驱动

超级电容

中图分类号：

TM464 

Investigation of Control Method for a Hybrid Cascaded 

Multilevel Inverter

Rao 

Jianye  Li 

Yongdong 

（

Tsinghua 

University  Beijing  100084  China

）

Abstract  

In recent years, multilevel inverters are becoming more and more popular in the 

medium-high voltage AC drive system. Various multilevel inverter topologies have been proposed to 

enhance the performance of motor drive system. This paper presents a hybrid cascaded multilevel 

inverter scheme, in which the H-bridge inverter (main inverter) and the 3-level diode clamped inverter 

(conditioning inverter) are connected together to drive the motors, but only the main inverter needs dc 

voltage source. The conditioning inverter’s capacitors can be used to store and reuse the braking energy 

of motor loads. Additionally, compared with the traditional H-bridge inverter, this scheme can reduce 

the dc sources while maintaining the same voltage output. Further more, when the motor is at a steady 

speed, the conditioning inverter can provide the reactive power to the motor and the capacitor’s voltage 

can be kept balanced. This scheme has a wide range of practical applications, especially in the electric 

vehicle motor drive and marine propulsion system. 

Keywords

：

Hybrid cascaded multilevel, inverter, motor drives, super capacitors 

1

引言

目前，大容量变频器在工业领域取得了广泛应

用。传统的二极管钳位型逆变器，由于受开关管耐

压的限制，真正实际应用的只有三电平，并且只是

在中低压领域。而在中高压领域，多数产品采用的

是

H

桥级联型结构，

H

桥级联型结构虽然可以实现

高电压输出，且谐波含量少，但是其输入需要多个

直流电压源，移相变压器结构复杂，且制动能量的

回馈再利用实现起来较为困难

[1]

。

为了解决这些问题，本文介绍了一种利用多电

平辅助单元的混合多电平拓扑结构，该结构将传统

的

H

桥逆变器与二极管钳位型三电平逆变器结合起

来作为电动机驱动。其中，由于加入了多电平辅助