《Scientific African》：Recent Advances in Multilevel Inverter Topologies and Their Command Techniques for Photovoltaic Applications: A Review
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多电平逆变器（Multilevel Inverters，MLI）已成为光伏（Photovoltaic，PV）能量转换的一项使能技术，因为它能够产生高质量的输出电压，降低谐波失真并提高整体效率。然而，传统的MLI结构，包括级联H桥、中性点钳位和飞跨电容逆变器，具
多电平逆变器（Multilevel Inverters，MLI）已成为光伏（Photovoltaic，PV）能量转换的一项使能技术，因为它能够产生高质量的输出电压，降低谐波失真并提高整体效率。然而，传统的MLI结构，包括级联H桥、中性点钳位和飞跨电容逆变器，具有组件数量大、电压均衡要求复杂以及对紧凑型光伏系统适应性有限的特点。本综述考察了用于光伏应用的减少组件MLI结构及其相关调制技术的最新进展。该研究系统评估了代表性变换器家族，重点关注最近发表的拓扑。此外，基于若干重要参数（包括组件数量、电压增益、总待机电压（Total Standing Voltage，TSV）、总谐波失真（Total Harmonic Distortion，THD）、调制策略和电压升压能力）对最新设计进行了比较评估。分析表明，没有任何单一拓扑能同时优化所有性能指标，并强调了硬件复杂度、电压增益、谐波性能和效率之间的权衡。该分析为选择适合光伏系统的MLI拓扑提供了最新的设计见解和实用指南，同时指出了朝着紧凑、高效、可靠的功率变换系统发展的未来研究方向。
本研究针对传统化石燃料发电引发的环境污染与气候变化问题，聚焦光伏（PV）并网需求。多电平逆变器（MLI）因能输出高质量电压、降低谐波失真并提高效率，已成为光伏能量转换的核心技术。然而，传统级联H桥（CHBMLI）、中性点二极管钳位（NPDCMLI）和飞跨电容（FCMLI）拓扑在输出电平增加时面临组件数目庞大、电压均衡复杂、体积及成本过高、难以适应紧凑型光伏系统等挑战。因此，研究人员系统梳理了2020—2026年间提出的七电平与九电平减少组件MLI拓扑，旨在评估其性能、揭示设计权衡，并为光伏应用提供选型依据和未来研究方向。
研究人员采用系统性文献综述方法，使用Scopus和ScienceDirect数据库，检索2020至2026年间发表的相关文献，关键词组合涵盖“multilevel inverter”“reduced-component multilevel inverter”“seven-level inverter”“nine-level inverter”“switched-capacitor multilevel inverter”“voltage-boosting multilevel inverter”“photovoltaic inverter”及“multilevel inverter modulation”。检索结果按与综述范围的相关性筛选，并同时纳入研究论文和综述。所选研究依据其主导电路特征进行分类，并使用开关数、二极管数、电容数、直流源数、电压增益、总待机电压（TSV）、总谐波失真（THD）、效率、自均衡能力及调制策略等关键参数进行批判性比较。该分析用于识别主要技术趋势、优缺点和设计权衡，并据此形成未来研究建议。
**Representative Reduced-Component Multilevel Inverter Topologies**
**Switched-Capacitor-Based Multilevel Inverters**
**General Switched-Capacitor MLIs**：研究人员回顾了多种通用开关电容型MLI，利用电容的开关式充放电实现自电压均衡与电压提升，同时显著减少开关和DC源数量。例如，图5的改进T型九电平拓扑降低了中间电路电容电压和开关阻断电压；图6拓扑用十开关实现两倍电压增益且无需电压/电流传感器；图7拓扑以两个开关电容和十开关产生七电平三倍增益；图8拓扑在不对称配置下可输出21电平且无需辅助H桥；图9的9L-SCMLI可扩展至17/49电平；图13拓扑获得98.25%的峰值效率。这些研究共同表明：开关电容结构能有效减少元件数并实现固有升压，但更高增益通常需要更多开关电容或更复杂的充放电管理。
**Grid-Connected Transformerless Switched-Capacitor MLIs**：针对并网无变压器光伏系统，研究人员设计了一系列消除漏电流、具备电压提升能力的SC-MLI。例如，图18的7LCG-TL拓扑用十一开关和三电容实现三倍增益，电容自平衡无需额外控制；图19拓扑通过充电电感抑制冲击电流，效率达96.68%；图21拓扑将中性点与中间电容中点直接连接，大幅降低共模电压和漏电流，200W时效率为97.1%；图22的ANPC-SC拓扑通过LSPWM和NLC控制，适合光伏并网。这些研究表明：无变压器SC-MLI可以在保证低漏电流的同时实现电压增益，且电容电压可自均衡。
**Fault-Tolerant Multilevel Inverters (FT-MLI)**：部分研究通过在传统拓扑中集成冗余导通路径来应对开关开路故障。图25的FT-MLI在7电平拓扑中增加两个功率开关，形成完全容错能力；图26的FTMLI可输出九电平，并能承受开关或电源故障，在故障状态下利用异常电压电平为应急负载供电；图27的九电平拓扑以十二开关实现固有容错和电容自平衡；图28的SPFT七电平拓扑减少元件同时具备容错和自均衡。结果表明，通过冗余状态设计可在不显著增加硬件复杂度的情况下提升系统可靠性。
**H-Bridge Cascaded Multilevel Inverter**：研究人员采用级联H桥结构并优化调制策略。图29的七电平逆变器采用改进相移PWM，适应光伏模块的直流电压波动，提升并网电能质量；图30的混合控制（NLC+LS-PWM）将调节范围扩大36%，但THD略有增加；图31的七电平H桥利用Aquila优化器（AO）优化SHE方程，消除5、7次谐波。结论是：级联H桥拓扑结合先进调制或优化算法可兼顾输出质量和控制范围。
**Other Reduced-Component Multilevel Inverter Topologies**
**Inverter with Packaged U Cells**：图32的7L IPUC逆变器采用单直流源、一电容和九开关，通过抛物线载波调制获得低THD，适合中压光伏和电动汽车；图33的9L-TPUC逆变器用八开关和双直流源，T型支路采用SiC MOSFET以降低开关损耗。
**Hybrid Multilevel Inverter**：图34的H9LBI混合拓扑用八个晶体管和单输入源，电容电压自然平衡且无需传感器，实现两倍增益；图35的七电平单相逆变器减少开关数，效率为92.86%，THD为3.43%。
**CSC Multilevel Inverter**：图36的九电平单相开关单元逆变器采用有限控制集模型预测控制（FCS-MPC），电容电压平均误差小于0.5V，电流THD为1.73%，并能应对电网电压骤升骤降。
**Floating Capacitor Multilevel Inverter (FCMLI)**：图37的九电平逆变器由两个三电平飞跨电容支路组成，采用POD-SPWM调制，在减少元件的同时降低成本。
**ANPC Topology**：图38的改进7Lb-ANPC逆变器结合径向基函数神经网络（RBFNN）和自适应神经模糊推理系统（ANFIS）控制，实现谐波抑制和无功补偿；论文[80]提出的七电平ANPC拓扑仅用七开关和一浮空电容，实现1.5倍增益和自均衡，适合光伏应用。
**Symmetric Multilevel Inverter Topology**：图39的对称七电平拓扑采用PDPWM控制，在调制指数0.8时THD
V=1.24%，且无需电容，降低了损耗和电压应力。
**Others**：图40的6S7LTBI逆变器用六开关实现三倍增益，并具有共地连接以抑制漏电流；图41的九电平拓扑用四个独立DC源
