根据直流电压源的性质和串联方式不同，上述两种拓扑可以用两个电路模型表示：单一
直流电源直接串联分压模型和多个电气独立的直流电源串联模型，见图

2 和图 3。在图 2 中，

多电平变换电路可以等效为虚线中的多路开关，现实中由功率开关器件网络构成的，不同
的开关状态即代表接到不同的节点。图

3 中作为直流电源的 Vdc1…Vdcn 经过变换电路的不

同开关状态，可以在输出端组合出多种电平值。

         图 2 单一直流源多电平电路模型                图 3  分立直流源多电平电路模型

    多电平变换器拓扑结构与普通两电平逆变器相比具有以下优点∶
    •  更适合大容量、高压的场合。
    •  可产生 M 层门路形输出电压, 理论上进步电平数可接近纯正弦波形, 谐波含量很小。
    •  电磁干扰 （EMI）题目大大减轻, 由于开关元件一次动作的 dv/dt 通常只有传统双电平
的

1/（M-1）。

    •  效率高。 消除同样谐波, 双电平采用 PWM 控制法开关频率高、损耗大, 而多电平逆变器
可用较低频率进行开关动作

, 开关频率低、损耗小, 效率进步。

除上述共同特点外，几种拓扑结构各有优缺点

, 现比较如下：

    （1）  二极管箝位的多电平逆变器
    二极管箝位式多电平结构是出现较早，应用场合较多的一种结构。这种结构的特点是采用
多个二极管对相应开关元件进行箝位

, 输出相应 M 电平的相电压。二极管箝位式拓扑具有多

电平逆变器共同的优点，但存在自身不足：

a）箝位二极管承受电压不均匀。  b）器件所需

额定电流不同。按最大额定设计将造成（

M-1）（M-2）/2 的开关元件容量上有所浪费, 利用

效率低。

C）直流侧电容由于一个周期内的流进和流出的电流可能不相等, 造成不同级的直

流侧电容电压在传递有功功率时出现不均衡现象。而当进行有功传递时

, 如不附加恒压装置, 

必将导致

M 电平逐渐变为三电平（M 为奇数）或两电平（M 为偶数）。解决的办法通常可

用

PWM 电压调节器或电池来代替电容, 但这样又将导致系统复杂, 使本钱升高。 

    为解决以上题目，在传统的二极管箝位式多电平结构上出现了几种改进型结构。在两个相
邻箝位二极管两端加上箝位电容的改进拓扑结构不但解决二极管串联题目，而且所加电容
对开关器件关断时的过压进行箝位。由于所加电容充放电的作用，减小了直流侧电容电压的
不平衡性，且能实现电流的双向活动。另一种将两个相同变换器背对背使用的改进结构，左
边作为整流器，右边作为逆变器，直流侧电容相应节点进行连接，可较好的平衡电容电压。
    （2）  电容箝位的多电平逆变器