随着全球并网风力发电,尤其是海上风电的蓬勃发展,一方面风机单机捕捉的风能和捕捉效率必须不断提高,以达到提升效率和降低风场单位成本的目的;另一方面电网对于大规模风力发电并网的要求也越来越严苛,这就要求风电机组本身具有很高.的运行效率、可靠性和并网性能。为提升风力发电整体效率和满足日益提高的并网要求,全功率柔性并网技术成为当今大功率风力发电技术的主流发展趋势。风机单机容量已经接近甚至达到十兆瓦的功率等级,未来还会不断增加,考虑目前常规电力电子器件的容量水平,全功率风电变流器匹配风机功率的主要手段是模块化扩容。本文以基于永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)的模块化大容量全功率风电变流器作为研究对象,从低压、中压两种并网技术路线出发,对低压并联模块化交-直-交变流器的并网电流控制、中压交-直-交模块化多电平变流器(Back to Back Modular Multilevel Converter,BTB-MMC)的整体控制以及子模块电压波动抑制策略、低电压穿越检测及控制、多模块组合工程技术等运行与控制的关键技术展开研究。首先,本文以隔离型的低压独立变流器并联模块化风力发电系统为研究对象,研究了并网变流器的电流控制技术。建立了 PMSG仿真模型及并联系统中的单模块数学模型,并对单模块的协调控制策略以及并网逆变器控制参数进行了设计。针对传统电流控制策略下,风机或电网动态时公共直流侧电压易波动且波动大的问题,提出了一种基于瞬时功率平衡的并网电流补偿控制策略,并通过仿真和样机实验验证了提出的补偿控制策略的有效性。由于隔离型的并联模块之间相互独立,设计的模块控制策略对所有并联模块具有通用性。其次,对BTB-MMC型中压级联模块化全功率风电变流器的控制技术进行了研究。建立了 MMC的数学模型,提出了基于载波移相调制的中压风电BTB-MMC拓扑总体控制策略,对其中的子模块稳压控制环、均压控制环以及环流控制环进行了建模和参数设计。从桥臂能量波动分析出发,指出机侧MMC子模块电压波动大、需要大直流滤波电容的根本原因是风机的低频大电流工况,提出在负序二倍频环流控制器中注入环流来抑制电压波动的子模块电压波动抑制策略。但在抑制电压波动的同时,该策略会导致环流二倍频分量的增加,因此提出了一组表征电压抑制效果相对于环流增加量的折中系数,指出需根据系统要求来选择不同的折中系数作为评价标准,以达到所需求的总体性能。再次,本文对全功率风电系统的低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)实现技术,包括三相电压故障检测技术、LVRT协调控制技术、直流卸荷支路设计进行了研究。在传统dq锁相环基础上提出了一种改进环路滤波器的锁相环,可以快速对电压幅度的不平衡及电压含谐波故障进行检测,并快速补偿相位跳变,仿真结果证明了提出的锁相环的有效性,对于电网电压相序的识别提出了一种简易的软件识别方法,并通过实验进行了验证。提出了在低压全功率风机的两类传统LVRT实现策略下,基于我国并网标准的卸荷电阻阻值及容量设计方法。针对中压BTB-MMC拓扑中,传统集中式直流卸荷支路在故障穿越过程中的瞬时电压尖刺问题,提出了一种基于分布式卸荷支路的LVRT方案,消除了电压尖刺,并且可以帮助风机顺利穿越电压跌落故障。最后,本文研究了全功率风电变流器中模块组合的关键技术,包括多模块脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)驱动信号产生及其逻辑完整性、多模块驱动供电电源的电磁干扰(Electromagnetic Interfere,EMI)抑制技术。分析了数字控制延时和不同步带来的PWM错误逻辑脉冲问题,提出了 一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的改进PWM发生器,实验结果表明改进PWM发生器实现了逻辑同步。针对多模块驱动供电电源存在EMI干扰的问题,以三相半桥电力电子集成模块(Integrated PowerElectronicsModule,IPEM)为典型研究对象,分析了三种类型的传导干扰,提出抑制多电源间EMI干扰的措施,并通过仿真与实验对提出的抑制措施进行了验证。