为了应对日益逼近的能源紧缺与环境污染,人们的目光逐渐投向了清洁、可再生的新能源。其中,风电作为新能源的代表之一,也得到了越来越多的关注与发展。目前,广泛采用的大功率风电机组适用于海上及陆上风能较丰富的地区。然而在风况等级较低的地区,如我国东部及中部内陆地区,采用大功率风电机组,由于机组的出力波动性,对电网冲击较大；而小功率机组运行效率又较低,不具备经济性。因此,应用于智能微网的高效率中功率风电机组成了研究的目标。风能转换效率是风电机组设计追求的重要目标。风电机组主要由风轮、发电机、变流器和控制装置组成,其中变流器是电能装换单元,其工作效率对整机效率有直接的影响。为了提高变流器的工作效率,本文从拓扑结构选择、调制方法设计以及主电路参数设计等方面进行优化。本文的研究目标是完成中功率风电变流器的设计及效率优化研究。其中,主要的研究内容与创新点如下：首先,分析了目前用于风电变流器的常见拓扑结构。在结合本文中应用场合后,对各种拓扑结构(尤其是两电平与三电平拓扑)的优缺点进行了对比分析,并以系统效率优化为主要参考条件,选择了背靠背NPC三电平拓扑。其次,分析了NPC三电平拓扑变流器的工作原理,并研究了其空间矢量调制方法的实现。设定优化的矢量发送序列,减小器件开关损耗。还研究了中点电位波动问题与控制方法。然后,在abc静止三相及dq旋转两相的坐标系下,分别建立了系统的数学模型,设计了网侧、机侧闭环控制系统及软件锁相环,并通过MATLAB仿真进行了验证。接着,详细分析了主电路各主要器件(功率器件、LCL滤波器、母线电容等)的工作原理与设计方法,并对功率器件与LCL滤波器的损耗进行研究,提出了一套以效率优化为目标的主电路参数配制方法。另外,分析了NPC三电平变流器的驱动与保护要求,配置了以2SC0435T为核心的驱动电路。最后,介绍了50kW三电平变流器实验平台搭建与基于DSP&FPGA的分布式控制系统设计。利用该变流器平台进行实验,验证了本文系统设计与效率优化研究的正确性。