1. 為什么要有三電平？
基礎(chǔ)的三相逆變電路都是兩電平的逆變電路，其電路原理圖如下所示：
圖1
一般在三相逆變橋臂后面增加濾波系統(tǒng)。濾波系統(tǒng)可以將三相橋臂輸出的方波電壓中高頻信號(hào)濾除，留下我們希望頻率的交流電壓。電網(wǎng)中的電能質(zhì)量與輸出電能的諧波有關(guān)，因此對(duì)于逆變電路來說，降低輸出電壓的諧波含量（THD）是非常重要的。
降低諧波的含量的途徑有兩種。第一種是從源頭解決問題，降低三相橋臂輸出電壓的諧波含量，直接的方法就是將兩電平的輸出電壓調(diào)整為更加趨近于正弦波的輸出電壓，如三電平，五電平，七電平等等更多，理想化的設(shè)想，如果這個(gè)三相逆變橋臂電路可以將輸出完美的正弦電路，那就不需要濾波電路的存在了。主要的手段就是改變?nèi)嗄孀冸娐返慕Y(jié)構(gòu)和控制方法，由于三相橋式逆變電路的局限性，任何控制方法都不能讓其改變輸出電平，因此若要改變電平則必須要改變電路，同時(shí)找到匹配的控制方法，大多數(shù)方法都是從兩電平的SVPWM控制方法中改進(jìn)。
第二種是增加濾波電路的濾波能力，通過改變?yōu)V波電路的結(jié)構(gòu)，L、LC、LCL等更加的復(fù)雜的濾波電路。
2. 兩電平和三電平如何實(shí)現(xiàn)？
三相逆變器的輸出電平分析如下：三相橋式逆變電路在工作時(shí)，每個(gè)橋臂的功率開關(guān)管獨(dú)立工作，且同一橋臂的開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通。每個(gè)橋臂有兩種工作狀態(tài)，因此整個(gè)電路有8種工作狀態(tài)。下面對(duì)三相橋式逆變電路工作原理進(jìn)行分析。以開關(guān)管V1、V6、V5開通為例。此時(shí)電路中電流情況如圖2所示
圖2 三相橋式逆變電路工作情況
從圖2中可見，a，c橋臂中上開關(guān)管開通，b橋臂中下開關(guān)管開通。因此電流在a、c橋臂中流入，經(jīng)過負(fù)載后從b橋臂流出，若忽略功率開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻，則可將工作在此狀態(tài)的三相橋式逆變電路進(jìn)行簡(jiǎn)化如圖3所示。
圖3 三相橋式逆變電路等效圖
根據(jù)圖3可知，當(dāng)電路工作在該狀態(tài)下時(shí)，a、b、c橋臂的電壓可表示如下：
負(fù)載的線電壓可表示為：
負(fù)載各相電壓可表示為：
其中UNN`為兩中點(diǎn)之間的電壓。整理上式可得：
由于為負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載，則：
故UNN`可化簡(jiǎn)為：
則此時(shí)UNN`=Ud/6，則相電壓為：
整理得三相橋式逆變電路的不同開關(guān)策略下，不同開關(guān)策略的輸出電壓整理如表1。定義當(dāng)Sa、Sb、Sc三個(gè)橋臂的上橋臂導(dǎo)通時(shí)，其值為1；當(dāng)下橋臂導(dǎo)通時(shí)，其值為0。
在上圖中發(fā)現(xiàn)，三個(gè)相電壓的輸出電壓Uab,Ubc,Uca,都只能輸出Ud和-Ud兩個(gè)電平的電壓，這個(gè)就是電路的兩電平。此外電路中以a相為例，a點(diǎn)所鏈接的橋臂開關(guān)管的通斷可令，a點(diǎn)的電壓發(fā)生進(jìn)行±0.5ud的切換，因此若要實(shí)現(xiàn)三電平逆變電路，需要在橋臂的結(jié)構(gòu)上做文章。
根據(jù)上述電平的描述，三電平逆變電路就是讓Uab,Ubc,Uca三個(gè)相電壓存在三個(gè)電平。橋臂的多電平化可以令電路實(shí)現(xiàn)三電平輸出。實(shí)現(xiàn)方式有多種，如下
橋臂通過跨接在串聯(lián)開關(guān)管上的的跨界電容實(shí)現(xiàn)多電平。
通過在橋臂上增加二極管的方式使逆變器出現(xiàn)零電平，從而使輸出電平的波形正弦度大大提高，波形質(zhì)量有所改善。
中點(diǎn)嵌位電路利用開關(guān)管進(jìn)行橋臂輸出電壓的嵌位。
每個(gè)電路的結(jié)構(gòu)不同，但是令每個(gè)橋臂輸出三電平逆變電路的思想是相同的，因此在三電平逆變電路的控制方法中，即使電路結(jié)構(gòu)不同，控制方法的基本原理也是相同的。接下來，我將介紹本三電平逆變電路的控制方法。