能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。
20世纪70年代以来两次世界性的能源危机以及当前环境问题的严重性，引起世界各国对节能技术的广泛关注。
我国能源生产和消费已列世界前茅，但仍远远满足不了工业生产和人民生活发展的需要。
由于缺电，正常的生产秩序被打乱，造成巨大的经济损失；在能源十分紧张的情况下，浪费现象仍十分严重。
例如，在工业用电中，高压大功率电机拖动的风机、水泵占很大比例，这些设备每天都在消耗大量的电能。
如果采用高压大容量变频调速装置拖动交流电机，对降低单产能耗具有重大意义。
在轧钢、造纸、水泥、煤炭、铁路及船舶等工业和生活领域中也广泛使用大中容量高性能交流电机调速系统。
此时，交流调速系统的应用可改善工艺条件，实现整个系统的性能最佳，并大大提高生产效率和产品质量。
另外，解决环境污染的重要途径是发展高速公共交通工具(如电力机车、城市地铁和轻轨)，其核心也是大容量交流电机调速技术。
然而，随着交流调速及电力电子装置等非线性设备在工业、交通及家电中的大量应用，电网中的无功和谐波污染日益严重。
电力系统中的无功和谐波降低了电能的生产、传输和利用的效率，同时降低了电器设备运行的可靠性，严重时损坏设备、危及电网的安全。
以柔性交流输电系统(FACTS)技术为代表的大功率电力电子技术，在电力系统中的应用可大幅度改善电力系统可控性及可靠性，提高输电线路的传输能力及系统的安全稳定性。
在柔性交流输电系统中，采用高压大容量电力电子装置构成的无功补偿和电力有源滤波器无疑是一个发展趋势。
从20世纪90年代以来，以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展引人注目，并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构，成为国内外学者和工业界研究的重要课题，使得传统上在大功率应用领域中占主导地位的SCR、GTO 及其变换器结构受到强有力的挑战。
在工业发达国家，兆瓦级的高压多电平逆变器已有产品大量投入市场，并应用于电力机车牵引、船舶电力推进、轧钢、造纸、油气田、无功补偿等高性能系统中。
我国也有不少单位在研究、开发和引进高压大容量多电平变换器的技术和设备。
三电平逆变器的结构较简单，其电路拓扑形式从一定意义上来说可以看成多电平逆变器结构中的一个特例，它的中点钳位及维持中点电位动态平衡技术、功率器件尖峰吸收缓冲电路、PWM算法简化及控制策略、高压功率器件的驱动及系统的工作电源等也是多电平逆变器控制需要研究解决的问题。
从
目前功率开关器件发展的水平来看，短时间还不可能出现耐压上万伏的器件，多电平技术是解决高压大功率变频调速的一个有效途径，同时在当前电力系统高压直流输电的趋势下，多电平技术在电力输配电方面也有着重要的作用。
因此，本
课题以二极管钳位的三电平逆变器作为研究对象，深入地研究其PWM算法及
控制策略，系统地研究其电路组成和控制原理，对三电平技术乃至多电平技术
的工程应用都有重要的意义。
1．2三电平技术简介
1．2．1定义
三电平变换器(Tree．Level Inverter)的桥臂上有4个电力半导体器件，它通过对直流侧的分压和开关动作的不同组合，实现多电平阶梯波输出电压，可以使波形更加接近正弦波。
1．2三电平技术简介
1．2．1定义
三电平变换器(Tree．Level Inverter)的桥臂上有4个电力半导体器件，它通过对直流侧的分压和开关动作的不同组合，实现多电平阶梯波输出电压，可以使波形更加接近正弦波。
1．2．2拓扑结构
三电平拓扑结构种类较多，大致可以分为：二极管钳位型、飞跃电容型和独立直流电源级联多电平三种拓扑结构，其中二极管钳位型多电平拓扑结构运用最广泛。
它能有效地提高换流系统的耐压、降低输出电压谐波和开关损耗，在电力系统的大功率应用中受到普遍的重视。
1．2．3控制算法
目前三电平逆变器的主要控制方法有消谐波PWM法，开关频率最优PWM法和空间矢量PWM法等。
在这些方法中，空间电压矢量法是较为优越和应用广泛的一种，其优越性表现在：在大范围的调制比内有很好的性能，无须其它控制方法所须的大量角度数据，母线电压利用率高等。
控制方法的研究是三电平逆变器研究的一个热点问题。
1．2．4优缺点
三电平电路具有如下优点
(1)任何时刻处于关断状态的开关器件承受的压降减小，更适合大容量高电压的场合。
(2)可产生多层阶梯形输出电压，对阶梯波再作调制可以得到很好近似的正弦波，理论上提高电平数可接近标准正弦波形、谐波含量很小。
(3)电磁干扰(EMI)问题大大减轻，因为开关元件一次动作的dv／dt通常只有传统双电平的一半。
(4)效率高。
消除同样谐波，两电平PWM控制法开关频率高、损耗大，而三电平逆变器可用较低频率进行开关动作，损耗小、效率提高。
(5)主要高次谐波远高于开关频率。
然而，三电平变换器也并非毫无缺陷，它的主要缺点为
(1)需要较多的开关器件。
(2)控制算法复杂。
(3)存在电位不平衡问题。
1．2．5产生背景
1 980年，日本长冈科技大学的A．Nabae等人在IAS年会上首次提出中点钳
2位式(NeutralPointClamped)逆变器。
它的出现为高压大容量电压型逆变器的研制开辟了一条新思路，其后在高压大功率变频调速方面得到了广泛的应用。
尽管．Nabae 未明确提出多电平变换器的概念，但该逆变器本身就是二极管钳位三电平变换器(Diode．Clamped3．LevelConverter)的雏形，是多电平变换器的基础。
在过去两电平逆变器的高压大容量应用中，往往采用功率开关器件的串并联方式，这就要求所有串并联的开关器件必须同时开通和关断，所有开关器件的开关特性要完全一致。
而由于器件匹配的困难使开关器件的利用因数降低，使这种方案非常麻烦甚至很难实现。
许多情况下也采用交一直一交变频方式，在这种方式中，或是将多个低压小容量变换器采用多重化获得高压大功率，或是在交流输入侧和交流输出侧分别采用低压变换器。
很明显，以上两种方法均采用了笨重、昂贵、耗能的变压器，且对于第二种方法还会出现中间环节电流过大，系统效率下降，可靠性降低，低频时能量
传输困难等诸多缺点，人们希望采用直接的高压变换器方式，这就对变换器所用器件提出了更高的要求，特别是需要承受很高的电压应力，因此，人们提出了一种通过变换器自身拓扑结构的改进，达到既无需升降压变压器，又无须均压电路的多电平变换器。
多电平逆变器作为一种新型的逆变器类型，其产生的背景是为了克服传统逆变器较高的dv／dt，di／dt所引起的开关应力等缺点，出发点是通过对主电路拓扑结构的改进，使所有功率器件工作在基频以下，达到减小开关应力，改善输出波形的目的，但因多电平电路所需的功率器件较多，所以从提高性能比角度，它更适合于大功率场合。
多电平逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小，且无需均压电路，开关器件在输出电压基频以下开关损耗小，可避免大的dv／dt所导致的各种问题。
尤其是八十年代以来，以GTO，IGBT为代表的第三代电力电子器件，以及以DSP为代表的智能控制新片的迅速普及，为这种新型多电平变换器的研究和实际应用提供了必要的物质基础。
1．2．6研究现状
基于电压型三电平逆变电路的多电平逆变电路，特别是三电平逆变电路已
进入实用化阶段，对其进行研究和分析很有实际意义。
一般认为多电平逆变器
是建立在三电平逆变器的基础上，按照类似的拓扑结构拓展而成的。
电平数越多，所得到的阶梯波电平台阶越多，从而越接近正弦波，谐波成分越少。
但这
种理论上可达到任意N电平的多电平逆变器，在实际应用中由于受到硬件条件
和控制复杂性的制约，通常在追求性能指标的前提下，并不追求过高的电平数，而以三电平最为实际。
国外也有对七电平及更高电平的研究，但都还不成熟，
特别受硬件条件和控制性能的限制，还处于理论研究阶段。
1．2．7发展前景
3
三电平逆变技术在国外已逐步进入实用阶段，但国内还处于萌芽状态，有
大量的工作需国内研究者去做，且市场需求旺盛。
随着新型电力电子器件及DSP 智能控制芯片的迅速普及，这一技术必将在大功率应用场合大显身手。
IGCT
和高压IGBT等新型器件近来的发展使PWM逆变器在工业及牵引应用中成本
降低的同时性能也得到改善。
传统直流电流源供电及直流电压源供电GTO逆变器正逐渐被使用IGCT及IGBT的两电平或三电平PWM逆变器所取代，随着减
少电磁和噪声等环境标准的提高，三电平逆变器方案必将得到广泛的应用。