刘 鑫 原熙博 韩东旭 赵 凯 由 蕤

(1.青岛大学电气工程学院 青岛 266071；2.布里斯托大学电气与电子工程系 布里斯托 BS8 1UB 英国)

1 引言

随着全球工业发展和生产力的不断提高，能源消耗也越来越大，而传统的化石能源日益枯竭，为了缓解能源危机和环境污染问题，人们迫切需要一种蕴藏量丰富的清洁能源，而风能正好满足这一要求。其中，海上风电凭借着资源储备丰富、发电稳定等优势拥有广阔的发展前景。数据显示，我国陆上风电年均利用小时数为1 900 左右，而海上风电年均利用小时数可以达到2 400 左右[1]。随着技术水平的提高，风电单机容量增加。

当前大多数风力发电机都是基于690 V 并网电压等级[2-3]，随着风机功率等级的提高，并网电流会越来越大，对电缆设备的要求越来越高，成本和损耗也会增加[4]，虽然可以通过将升压变压器放置于机舱来解决这些问题，但是笨重的变压器挤占了机舱的有限空间，增加了塔筒的载荷。所以对于大型风力发电系统来说，使用中压电力变换系统更为理想，不但降低了成本和损耗，而且提高了系统的功率密度[5]。

传统的背靠背变流器拓扑结构如图1 所示，由于开关器件的耐压不能满足中高压电力变换的需求[6]，文献[7-8]提出了一种多电平、中高压、低谐波的级联H 桥变流器拓扑结构，如图2 所示，通过级联的方式将低耐压功率器件应用到中高压场合，该拓扑结构具有一定的容错能力，其中一个单元如果损坏失效，则剩下的单元仍可以正常运行[9]。……