1、三電平簡介：NPC（Neutral Point Clamped）三電平拓撲結構是一種應用最為廣泛的多電平拓撲結構。NPC拓撲結構最早由日本長岡科技大學學者南波江章（Akira Nabae ）在80年的IAS年會上提出，并于90年代初在高壓變頻器上得到實際工業應用。

近年來隨著電力電子技術在電力行業的發展，NPC三電平技術開始越來越多的應用到各個領域，包括光伏逆變器、風電變流器、高壓變頻器、UPS、APF/SVG、高頻電源等都有著廣泛的應用。NPC拓撲最常用的有兩種結構，就是我們常說的“I”字型（也稱NPC1）和“T”字型（也稱NPC2）。原理圖如下：

2、三電平優缺點

三電平電路具有以下優點：

①單個器件承受的電壓較低，可以用在較高電壓場合。

②相對于兩電平，產生的電平數量較多，多電平疊加后更相似于正弦波，諧波含量小。

③電磁干擾問題減輕，三電平逆變器器件一次動作的dv/dt僅為傳統兩電平的二分之一。

④開關損耗顯著降低，效率提高。

三電平電路的主要缺點為：

①需要較多的開關期間；

②控制算法復雜；

③功率損耗不平衡問題。

3、NPC1 三電平結構換流工作原理

①正電壓，負電流（V>0，I<0）

這種情況下，電壓為正，電流為負，從交流端流入拓撲，當輸出正脈沖的時候，電流通過二極管流向正端；當輸出零脈沖的時候，電流通過T3以及二極管流入中性點。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結構，T1和T3進行開關狀態切換。T3打開后，電流由T3和D6流向中性點實現換流，同時D1反向恢復；T3關斷后，電流由二極管D1、D2進行續流。

②正電壓，正電流（V>0，I>0）

這種情況下，電壓為正，電流為正，從交流端流出拓撲，當輸出正脈沖的時候，電流通過IGBT（NPC1:T1&T2）流向交流端；當輸出零脈沖的時候，電流通過T2以及二極管流到交流端。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結構，T1和T3進行開關狀態切換。T1關斷后，電流由T2和D5流向交流端實現續流；T1打開后，電流由T1、T2進行換流，同時D5反向恢復。

③負電壓，正電流（V<0，I>0）

這種情況下，電壓為負，電流為正，從交流端流出拓撲，當輸出負脈沖的時候，電流由負端通過二極管流出；當輸出零脈沖的時候，電流通過T2以及二極管流到交流端。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結構，T2和T4進行開關狀態切換。T2打開后，電流由T2和D5流向交流端實現換流，同時D4反向恢復；T2關斷后，電流由二極管 D3、D4進行續流。

④負電壓，負電流（V<0，I<0）

這種情況下，電壓為負，電流為負，從交流端流入拓撲，當輸出負脈沖的時候，電流通過IGBT流向負端；當輸出零脈沖的時候，電流通過T3以及二極管流到中性點。

如上圖所示，對于NPC1型三電平結構，T2和T4進行開關狀態切換。T4關斷后，電流由T3和D6流向中性點實現續流；T4打開后，電流由T3、T4進行換流，同時D6反向恢復。

對上面的換流過程總結可以得到輸出正電壓、中點電壓、負電壓以及加上全部關斷的時候的高阻狀態總共四個主要開關狀態。