CN114268175B - 一种超高压多相永磁风力发电机及发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高压多相永磁风力发电机及发电系统，所述超高压多相永磁风力发电机包括：转子，用于产生旋转的励磁磁场；定子，用于电机机电能量转换；所述定子包括定子铁心以及设置于所述定子铁心的电枢绕组；其中，所述电枢绕组用于切割转子产生的励磁磁场产生感应电动势；所述电枢绕组为多相分数槽集中绕组，并采用预成型结构以提高绝缘耐压等级；所述预成型结构为在预先绕制好的绕组外包裹绝缘层和屏蔽层。本发明能够解决目前存在的风力发电机存在输出端电压较低、容错性能差、发热量高、损耗高，风力发电机系统的功率变换级数多、建设成本高、效率及可靠性有待提高的技术问题。

Description

一种超高压多相永磁风力发电机及发电系统
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种超高压多相永磁风力发电机及发电系统。
背景技术
在现有的研究中，10MW及以上功率等级的风力发电机普遍采用中压(示例性的，10MW级三相风力发电机输出端电压为3kV或6.6kV)三相永磁同步发电机(PMSG)，它们通过背靠背的中压全功率变流器组实现变速恒频控制，然后通过升压变压器和集中式高压直流输电换流站接入轻型高压直流输电(HVDC)电网(<300kV)进行输电，在岸上换流站经过逆变后接入交流电网，该方案从发电机交流输出到HVDC直流输出至少需要三个电压等级的功率变换，同时还要修建集中式海上高压换流站，这对整个系统的效率、成本和可靠性带来较大的影响。
为减少功率变换级数，可将发电机输出电压等级提高；这就要求发电机绕组具有高强度的绝缘能力。现有的发电机绕组绝缘一般采用真空压力浸渍(VPI)或富树脂(RR)工艺，其耐压等级较低，不能满足高压电机绕组的绝缘要求，这是限制高压电机发展的主要瓶颈。
基于上述陈述，目前现有的发电机及发电系统尚存在一些缺陷，包括：
(1)从发电机交流输出到HVDC直流输出至少需要三个电压等级的功率变换，变换级数多，导致发电机系统的建设成本高，同时也降低了系统的效率和可靠性。
(2)中低压绕组的绝缘一般采用真空压力浸渍(VPI)或富树脂(RR)工艺，现有的绕组绝缘工艺实现的缘耐压等级较低，不能满足高压电机的绝缘要求。
综上，亟需一种新的超高压多相永磁风力发电机及发电系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高压多相永磁风力发电机及发电系统，以解决目前存在的风力发电机存在输出端电压较低、容错性能差、发热量高、损耗高，风力发电机系统的功率变换级数多、建设成本高、效率及可靠性有待提高的技术问题中的一个或多个。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种超高压多相永磁风力发电机，包括：
转子，用于产生旋转的励磁磁场；
定子，用于电机机电能量转换；所述定子包括定子铁心以及设置于所述定子铁心的电枢绕组；其中，所述电枢绕组用于切割转子产生的励磁磁场产生感应电动势；所述电枢绕组为多相分数槽集中绕组，并采用预成型结构以提高绝缘耐压等级；所述预成型结构为在预先绕制好的绕组外包裹绝缘层和屏蔽层。
本发明的进一步改进在于，所述预成型结构由内向外依次为漆包铜导体、内屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和外屏蔽层；所述外屏蔽层与大地等电位，且与交联聚乙烯绝缘层接触。
本发明的进一步改进在于，所述预成型结构的各层厚度依据不同电压等级下的国标电缆标准厚度选取；所述预成型结构的漆包铜导体排列方式为使线圈边的径向截面为跑道形。
本发明的进一步改进在于，所述多相分数槽集中绕组的多相是指相数大于等于4。
本发明的进一步改进在于，所述多相分数槽集中绕组的分数槽集中绕组是指定子每个齿上放置一个线圈，或者每隔一个齿放置一个线圈。
本发明的进一步改进在于，所述多相分数槽集中绕组采用对称式结构或不对称结构。
本发明提供的一种超高压多相永磁风力发电系统，包括：风力涡轮机和本发明上述的风力发电机；
所述风力涡轮机用于捕获风能并转换为机械能输出；
所述风力发电机用于获取所述风力涡轮机输出的机械能并转化为电能；其中，风力发电机的每相绕组均单独连接一个GIS开关，在GIS开关后经电磁干扰滤波器与UPC整流器相连接；
所有UPC整流器的直流侧进行级联，实现高压输出。
本发明的进一步改进在于，所有UPC整流器的直流侧进行级联后形成的串联UPC整流器组的中点连接消弧电抗Lg并接地。
本发明的进一步改进在于，GIS开关的壳体接地。
本发明的进一步改进在于，所述UPC整流器由发电机侧三电平中点有源钳位单相整流电路与HVDC侧降压斩波电路复合构成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的超高压多相永磁风力发电机，是一种直接HVDC并网的超高压多相永磁风力发电机，在超高压多相永磁风力发电机中采用交联聚乙烯绝缘电缆绕组，以及配套的单极性整流器来实现控制和直接HVDC并网方案。具体的，本发明采用XLPE为主绝缘的四层绕组绝缘结构，能够实现与等厚标准电缆接近的绝缘耐压水平，远远高于目前采用VPI工艺或RR工艺能够实现的绝缘水平(如10kV级)，从而大大提高了发电机的出口电压等级。
进一步具体的，本发明提出了具有冗余结构的开放式多相绕组拓扑结构，当发电机某相出现绝缘短路故障或者UPC发生故障，可将故障相隔离，由于发电机相绕组间低磁耦合的设计，故障相并不影响其它相的正常发电。其次，多相绕组具有高控制自由度的优势，在发生故障时调整控制策略最小化转矩脉动影响，使得发电机继续稳定运行。
本发明的系统，将风电机组到HVDC传输线的功率变换级数简化为一级，不仅可以提高效率，省掉笨重的变压器，对推动风电变换的“轻型化”具有积极作用，也可去掉海上换流站和集中式高压换流器，对于提高系统的可靠性具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中，一个单元电机的定子截面结构示意图；
图2是本发明实施例中，预成型绕组结构示意图；其中，图2中(a)为主视示意图，图2中(b)为剖视示意图；
图3是本发明实施例中，超高压永磁同步发电机额定运行时的一相电压仿真波形示意图；
图4是本发明实施例中，超高压永磁同步发电机额定运行时的一相电流仿真波形示意图；
图5是本发明实施例中，直接HVDC并网的风电机组系统方案示意图；
图6是本发明实施例中，变流器拓扑结构的原理示意图；
图7是本发明实施例中，额定负载时转矩曲线示意图；
图8是本发明实施例中，一相故障时转矩曲线示意图；
图中，1、漆包铜导体；2、交联聚乙烯绝缘层；3、内屏蔽层；4、外屏蔽层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明实施例中，为减少功率变换级数，可将发电机输出电压等级提高，并采用多相绕组的结构，每相绕组单独连接一个整流器，最后将整流器的直流侧进行串联，可实现高压输出，发电机整流器的直流侧直接接入HVDC电网；基于此，整个风电机组仅有一级AC-DC变换，然而将整流器侧串联会将绕组的对地电压抬高，这就要求发电机绕组具有高强度的绝缘能力。综上，本发明具体提供了一种超高压多相永磁风力发电机及发电系统。
本发明实施例的一种超高压多相永磁风力发电机，包括：
定子，用于电机机电能量转换；所述定子包括定子铁心和电枢绕组；其中，定子铁心用于放置绕组，同时也是构成发电机磁路的一部分；电枢绕组用于切割转子产生的磁场从而产生感应电动势。电枢绕组为多相分数槽集中绕组，并采用预成型结构提高绕组的绝缘耐压等级。
所述预成型结构是指，由绕线机预先绕制好绕组，并在绕组外层包裹绝缘层和屏蔽层。具体来讲，从预成型绕组的截面来看，由内向外依次为漆包铜导体1、内屏蔽层3、交联聚乙烯绝缘层2和外屏蔽层4；内屏蔽层与导体等电位并与绝缘层良好接触，起到减少气隙的局部放电的作用；交联聚乙烯绝缘层用以满足绕组与定子铁芯之间的高压绝缘要求；XLPE绝缘层外由外屏蔽层包裹，外屏蔽层大地等电位，并与XLPE绝缘层良好接触，从而减少绝缘层表面与护套之间由于气隙产生的局部放电。
本发明实施例具体示例性可选的，所述多相是指发电机相数大于等于4，发电机的相数具体由HVDC电压等级确定，同时，多相绕组可以采用对称式结构或不对称结构。
本发明实施例具体示例性可选的，所述分数槽集中绕组是指定子每个齿上放置一个线圈，或者每隔一个齿放置一个线圈。
转子，用于产生旋转的励磁磁场；所述转子包括转轴、永磁体和转子铁心。其中，转轴用于固定支撑转子；永磁体用于产生励磁磁场，极性交错的均匀放置在转子表面或者嵌入转子；转子铁心用于固定永磁体，同时也是构成发电机磁路的一部分。
本发明实施例提供的发电机的工作原理，包括：
当发电机的转子旋转时，在转子周围会产生与转子同步旋转的磁场，根据电磁感应定律，变化的磁场会在电枢绕组中产生感应电动势，从而实现机械能到电能的转换。
本发明实施例提供的发电机的创新点至少包括：
(1)采用新型绕组绝缘结构，能够实现绕组的高压绝缘，解决了现有绕组绝缘耐压等级低的问题；
(2)采用多相绕组使得每相电流减小，搭配分数槽集中绕组结构缩短绕组长度，从而降低绕组的发热量，提高效率；
(3)多相开放式绕组结构也使得发电机具备故障容错能力，即使某一相出现故障断开，其余健康相也能够保证发电机的持续稳定运行，增加发电机运行的可靠性。
另外，目前采用中低压方案的发电机的输出电压较低，导致定子绕组电流依然较大、发热量高、易导致电机过热降低其使用寿命甚至烧毁，不利于发电机长期稳定运行；本发明中，超高压输出使得整个风电机组的电流等级大大下降，能够提高系统效率并简化散热设计。
本发明实施例的一种超高压多相永磁风力发电系统，包括：风力涡轮机、风力发电机、GIS开关组和单极性整流器；
所述风力涡轮机用于将捕获的风能转换为机械能；示例性解释的，风力涡轮机和发电机转轴相连，带动发电机转子旋转从而产生电能；
所述风力发电机用于将机械能转化为电能；其中，发电机的每相绕组单独连接一个GIS开关，在GIS开关后面经电磁干扰滤波器(EMI)滤波后与UPC整流器相连，最后将多个UPC整流器的直流侧进行级联实现高压输出。所述GIS开关用于控制相绕组和UPC整流器之间的通断。在正常工作状态下GIS开关导通，在发生故障时GIS开关断开，起到保护作用。所述EMI滤波器用于滤除瞬变电压的干扰，提高电压波形质量。所述UPC整流器用于实现AC-DC变换。
本发明实施例提供的发电系统的创新点至少包括：采用多相发电机和整流器直流侧级联方式，将传统的从发电机交流输出到HVDC直流输出三个电压等级的功率变换，简化为一级AC-DC变换，提升了系统的可靠性和效率，降低了风电系统的建设成本。
现有的风力发电机几乎全部采用三相绕组结构，若绕组无中性线引出，当其中一相发生开路故障时则变成单相电机，功率大为降低，且无法再实现起动，不具备故障容错能力。本发明的系统，设计的单极性UPC整流器的拓扑方案，无论HVDC的电压高于或者低于发电机侧总电压，都能实现对发电机的变速控制和功率变换，其克服了一般电压源整流器(VSC)的缺点，可以适应更宽的HVDC电压范围，也能对HVDC的短路故障进行保护。
本发明实施例中，为将传统的从发电机交流输出到HVDC直流输出的三级功率变换，变为一级AC-DC变换，本发明提供一种超高压多相永磁风力发电机(MPPMSG)及配套的整流器拓扑方案，将风力发电机的出口电压提高至与HVDC等级相同。
本发明实施例的风力发电机设计为开放式多相绕组结构(即每相绕组之间独立无电气连接)，并将发电机的每相绕组连接到单极性整流器(UPC)，多个UPC整流器的直流侧串联实现直接HVDC输出。
本发明实施例中，为满足绕组的高压绝缘等级要求，设计了一种采用交联聚乙烯作为主绝缘的绕组结构方案；此外，为进一步降低绕组的绝缘要求，将串联UPC整流器组的中点接地，则绕组最高仅需要承受HVDC母线一半电压的绝缘要求。
本发明实施例中，发电机类型为内转子永磁同步发电机；其中，永磁体为径向充磁式，永磁体极性交错的排列在转子轭表面。
本发明实施例中，电机绕组采用m相对称绕组结构，每相绕组相带为2π/m电弧度，且各相绕组间无中性点连接，即采用开放式绕组结构。
本发明实施例中，电机的定子绕组采用双层分数槽集中绕组结构，每个齿上仅缠绕一个线圈，且每个定子槽中的两个线圈边分居槽的左右两侧，以实现减小线圈之间磁耦合影响和减小齿槽转矩带来的转矩脉动影响。
本发明实施例中，为方便放置预成型绕组，定子槽采用开口矩形槽，槽型设计为宽而浅的结构。其中，预成型绕组的绝缘结构由内向外依次为漆包铜导体、内屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和外屏蔽层。示例性可选的，绕组各层厚度依据不同电压等级下的国标电缆标准厚度选取，铜导体排列方式设计为使线圈边的径向截面接近跑道形，以减小局部过大的场强。
本发明实施例公开了一种直接HVDC并网的超高压多相永磁风力发电机系统，包括：超高压多相永磁风力发电机、风力涡轮机、GIS开关组和单极性整流器。
每相绕组连接的单极性整流器由发电机侧三电平中点有源钳位单相整流电路与HVDC侧降压斩波电路复合构成，整个电路没有直通短路问题，可靠性高。同时，将串联UPC整流器组的中点接地，用以降低绕组与定子铁芯之间的槽绝缘要求。发电机机壳、GIS外壳等设备外壳接地，UPC整流器组中点连接消弧电抗Lg。当发电机某个相绕组发生绝缘短路造成接地时(在GIS开关断开保护之前)，消弧电抗Lg用于抑制短路电流。发电机相数和整流器组设计为冗余结构，当发电机某相出现绝缘短路故障或者UPC发生故障，则将对应相的GIS开关断开，同时UPC被旁路，将故障相隔离，使之不影响其它相的正常发电。
本发明应用的HVDC电压等级为100kV，提出一种功率等级10MW，相电压等级4kV的18相直驱永磁同步发电机，每相绕组在空间上依次相差20°电角度，该多相永磁同步发电机为双层分数槽集中绕组结构。发电机类型为内转子式永磁同步发电机，永磁体为径向充磁式，永磁体极性交错的排列在转子轭表面。永磁材料为钕铁硼，其剩磁Br＝1.3T，矫顽力Hc＝900kA/m。发电机的相数m＝18，采用对称绕组结构，且各相绕组间无中性点连接，定子槽数Qs＝216，极对数p＝102，单元电机数t＝6，每极每相槽数q＝1/17。在满足上述单元电机的槽极组合为Qs＝2p±2下，当相绕组由连续的两个线圈组成时，其仅对相邻两相绕组有较小磁耦合影响，而对其他绕组几乎无耦合。
请参阅图1，图1为一个单元电机的定子截面结构示意图。为方便放置预成型绕组，定子槽采用开口矩形槽，槽型设计为宽而浅的结构。每个定子齿绕有一个线圈，在每个定子槽内各左右放置两个预成型绕组的线圈边。
请参阅图2，图2为超高压永磁同步发电机的预成型绕组结构示意图；其中，由内向外依次为漆包铜导体、内屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层和外屏蔽层；内屏蔽层与导体等电位并与绝缘层良好接触，起到减少气隙的局部放电的作用，内屏蔽层厚度1mm；主绝缘材料采用交联聚乙烯，以满足绕组与接地铁芯之间的超高压的绝缘要求，XLPE厚度为8mm；XLPE绝缘层表面为外屏蔽层，该屏蔽层与护套等电位，并与绝缘层良好接触，从而减少绝缘层表面与护套之间由于气隙产生的局部放电，外屏蔽层厚度1mm。
请参阅图3和图4，图3给出了发电机接电阻负载额定运行时，其中一相的电压仿真波形，相端电压幅值Um＝5.7kV；图4给出了其一相电流仿真波形，相电流幅值Im＝200A，可计算发电机额定功率
Figure BDA0003437344540000091
本发明实施例提供的风力发电机系统包括：风力涡轮机、超高压多相永磁风力发电机、GIS开关组和串联单极性整流器。GIS开关组和串联单极性整流器均放置在风电机组舱内。
请参阅图5，图5为直接HVDC并网的风电机组系统方案示意图；其中，发电机的每个独立相绕组通过GIS开关连接一个UPC单极性整流器，在整流器的直流侧串联实现直接HVDC输出，DC断路器用于故障保护，整个风电机组仅有一级AC-DC变换。
此外，将发电机机壳、GIS外壳等设备外壳接地，将UPC整流器组中点连接消弧电抗Lg并接地，一方面，中点接地将发电机的绕组绝缘等级降低到±50kV，另一方面，当发电机某个相绕组发生绝缘短路造成接地时(在GIS开关断开保护之前)，Lg可抑制短路电流。
请参阅图6，图6为变流器拓扑结构的原理示意图，每个相绕组输出的电压先经过EMI滤波，再连接到UPC单极性整流器，单极性整流器由发电机侧三电平中点有源钳位单相整流电路(Q1-Q4)与HVDC侧降压斩波电路(Q5和Q6，D5和D6)复合构成，单个UPC整流器输出电压为VDC_cell，整个电路没有直通短路问题，可靠性高。一旦发电机某相绕组产生故障，开关K1动作断开相电流，且对应UPC的Q1-Q4开关都实施关断保护(Q5和Q6保持常通)，则UPC会自动退出工作(该相直流侧电容能量将持续向HVDC释放，直到其电压下降为零)。K2仅在UPC自身发生故障时实施旁路保护。基于该拓扑，无论HVDC的电压高于或者低于发电机侧总电压，都能实现对发电机的变速控制和功率变换，因此它克服了一般VSC整流器的缺点，可以适应更宽的HVDC电压范围，也能对HVDC的短路故障进行保护。
在发电机系统正常工作时，采用转速和电流双闭环控制策略，实现单位功率因数和直流电压的恒定。在故障容错控制方案中，通过检测MPPMSG不同相的电流，一旦发生某个相的开路故障(GIS开关断开)，则通过MPPMSG故障后的电磁和转矩特性，基于最小转矩脉动要求，计算每个相的最优电流给定补偿量，将之叠加到正常控制之上构成新的电流给定，通过在各正常相中注入谐波补偿电流，使发电机的总转矩受故障的影响被最小化。
请参阅图7，图7为发电机处于正常工作状态额定负载时，稳态时其平均转矩为9.84MN·m，转矩波动峰峰值为0.12MN·m，转矩波动极小。当发电机某相出现短路故障UPC发生故障，则将对应相的GIS开关断开，同时UPC被旁路，将故障相隔离。由于发电机相数和整流器组设计为冗余结构，不影响其它相的正常发电，在不加以控制策略调节的情况下，其余十七相正常工作的转矩如图8所示，稳态时其平均转矩为9.38MN·m，转矩波动峰峰值为1.25MN·m，发电机一相故障下其平均转矩仍为额定转矩的95.3％，说明了其固有的高容错能力。
综上所述，本发明实施例公开的发电系统，采用多相发电机和整流器直流侧级联方式，将传统的从发电机交流输出到HVDC直流输出三个电压等级的功率变换，简化为一级AC-DC变换，提升了系统的可靠性和效率，降低了风电系统的建设成本。对于发电机，采用新型绕组绝缘结构，能够实现绕组的高压绝缘，解决了现有绕组绝缘耐压等级低的问题。此外，采用多相绕组使得每相电流减小，搭配分数槽集中绕组结构缩短绕组长度，从而降低绕组的发热量，提高效率；而多相开放式绕组结构也使得发电机具备故障容错能力，即使某一相出现故障断开，其余健康相也能够保证发电机的持续稳定运行，增加发电机运行的可靠性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超高压多相永磁风力发电机，其特征在于，包括：
转子，用于产生旋转的励磁磁场；
定子，用于电机机电能量转换；所述定子包括定子铁心以及设置于所述定子铁心的电枢绕组；其中，所述电枢绕组用于切割转子产生的励磁磁场产生感应电动势；所述电枢绕组为多相分数槽集中绕组，并采用预成型结构以提高绝缘耐压等级；所述预成型结构为在预先绕制好的绕组外包裹绝缘层和屏蔽层；
所述预成型结构由内向外依次为漆包铜导体(1)、内屏蔽层(3)、交联聚乙烯绝缘层(2)和外屏蔽层(4)；所述外屏蔽层(4)与大地等电位，且与交联聚乙烯绝缘层接触。
2.根据权利要求1所述的一种超高压多相永磁风力发电机，其特征在于，所述预成型结构的各层厚度依据不同电压等级下的国标电缆标准厚度选取；所述预成型结构的漆包铜导体(1)排列方式为使线圈边的径向截面为跑道形。
3.根据权利要求1所述的一种超高压多相永磁风力发电机，其特征在于，所述多相分数槽集中绕组的多相是指相数大于等于4。
4.根据权利要求1所述的一种超高压多相永磁风力发电机，其特征在于，所述多相分数槽集中绕组的分数槽集中绕组是指定子每个齿上放置一个线圈，或者每隔一个齿放置一个线圈。
5.根据权利要求1所述的一种超高压多相永磁风力发电机，其特征在于，所述多相分数槽集中绕组采用对称式结构或不对称结构。
6.一种超高压多相永磁风力发电系统，其特征在于，包括：风力涡轮机和权利要求1所述的风力发电机；
所述风力涡轮机用于捕获风能并转换为机械能输出；
所述风力发电机用于获取所述风力涡轮机输出的机械能并转化为电能；其中，风力发电机的每相绕组均单独连接一个GIS开关，在GIS开关后经电磁干扰滤波器与UPC整流器相连接；
所有UPC整流器的直流侧进行级联，实现高压输出。
7.根据权利要求6所述的一种超高压多相永磁风力发电系统，其特征在于，所有UPC整流器的直流侧进行级联后形成的串联UPC整流器组的中点连接消弧电抗Lg并接地。
8.根据权利要求6所述的一种超高压多相永磁风力发电系统，其特征在于，GIS开关的壳体接地。
9.根据权利要求6所述的一种超高压多相永磁风力发电系统，其特征在于，所述UPC整流器由发电机侧三电平中点有源钳位单相整流电路与HVDC侧降压斩波电路复合构成。
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SE9602079D0 (sv) * 1996-05-29 1996-05-29 Asea Brown Boveri Roterande elektriska maskiner med magnetkrets för hög spänning och ett förfarande för tillverkning av densamma
DE69727917T2 (de) * 1996-05-29 2005-01-27 Abb Ab Elektromagnetisches gerät
GB2331858A (en) * 1997-11-28 1999-06-02 Asea Brown Boveri A wind power plant
US7042109B2 (en) * 2002-08-30 2006-05-09 Gabrys Christopher W Wind turbine
CN201789398U (zh) * 2010-08-06 2011-04-06 国电联合动力技术有限公司 一种高压永磁无刷直流变速恒压风力发电机
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