随着新能源的发展,全直流海上风电渐渐成为了未来发展的重点。在全直流海上风电场的研究中,针对高压大容量直流变换器的研究尤为重要。出于系统安全等考虑,直流传输电网常采用双极型接线模式,而风机组输出电压常为单极性直流输出,本文基于此应用场景提出一种可适用于全直流海上风电场的新型单双极性转换直流变换器,可实现将风机组输出的单极性直流电压转换成双极性直流输出。除了单双极性转换功能,本文所提新拓扑还有以下几点优势:(1)适用于高压大容量场合,且可实现较大升压比;(2)不需要使用工频变压器,体积小,适合在海上换流站使用;(3)没有直流-交流-直流的转换过程,效率较高;(4)开关频率较低,损耗相对较小;(5)模块化程度高,子模块个数易增减,可实现较好的冗余度和容错性。本文首先基于传统的三电平直流变换器,阐述本文所提双极性输出非隔离型自耦直流变换器的设计方法,包括拓扑结构设计、数学建模分析、参数选型等。其次,本文为此拓扑结构设计相应的调制、控制策略,实现输出电压的稳定控制和子模块电容电压的均衡控制。为了应对故障工况,本文针对此拓扑结构的各类短路故障设计相应的故障处理方案,以提升拓扑的直流故障处理能力。在理论分析的基础上,本文基于MATLAB/Simulink仿真软件搭建由12个子模块构成的拓扑仿真模型,并对其正常工况、负荷切换工况及故障工况进行仿真,通过仿真验证理论分析的正确性和控制策略的有效性。同时,本文搭建由12个半桥子模块构成的实验平台,进行样机实验,通过开环、闭环实验进一步验证理论的正确性。