曾翔君，张宏韬，李 迎，房鲁光

（西安交通大学电气工程学院，西安 710049）

1 引言

MW级以上的风电机组是当前风力发电技术的主流，目前单机功率已经达到5 MW，并进一步向更高的等级发展，以适应未来海上风电的要求。直驱风电机组方案（EESG DD和PMSG DD）由于不需要变速箱，可大大提高系统的效率，并缩短故障平均维护时间（MTTR），改善其可靠性[1-2]。但是直驱方案需要全功率电力电子变流器实现风机的变速控制。由于风力发电机的常规电压等级仅为690 V（或960 V），这使得全功率变流器必须处理比较大的电流，不仅造成滤波电抗等无源元件的体积庞大，另外也引起效率的问题非常突出。为了降低功率半导体器件和无源元件的开销，常规的解决方案是采用传统的两电平变流器并联来分摊容量，但这是一种效率不高的做法。最近的一些研究已经表明，多电平变流器不仅拥有比两电平变流器更优越的谐波性能，而且还具有更高的效率[3-4]。因此在风力发电的低压系统中采用多电平变流器成为当前的一个研究热点。由于多电平变流器的拓扑结构比较复杂，需要的半导体器件较多，因此直接应用于低压系统其成本开销很大。另外，在低压大电流的场合下，多电平变流器的直流母线电容存在较大的电压波动，而且还需要进行电容电压的平衡控制，特别是在风电系统中，强风或者湍流等瞬变风能的影响对于电容电压的平衡控制是很不利的。本文提出一种基于多相永磁同步发电机和三电平混合式全功率变流器的直驱风电系统的技术方案。……