2.2.2 并网运行风力发电系统中的发电机

1．同步发电机

（1）同步发电机并网方法。

1）自动准同步并网。在常规并网发电系统中，利用三相绕组的同步发电机是最普遍的，同步发电机在运行时既能输出有功功率，又能提供无功功率，且频率稳定，电能质量高，因此被电力系统广泛接受。在同步发电机中，发电机的极对数、转速及频率之间有着严格不变的固定关系，即

式中：p为电机的极对数；ns 为发电机转速，r/min; fs 为发电机产生的交流点频率，Hz。

要把同步发电机通过标准同步并网方法连接到电网上必须满足以下四个条件：

a．发电机的电压等于电网的电压，并且电压波形相同。

b．发电机的电压相序与电网的电压相序相同。

c．发电机频率fs与电网的频率f1相同。

d．并联合闸瞬间发电机的电压相角与电网并联的相角一致。

图2-26表示风力机驱动的同步发电机与电网并联的情况，图中U AB、U BC、U CA为电网电压；UABS、UBCS、UCAS为发电机电压；nT为风力机转速；nS为发电机转速。风力机转轴与发电机转轴间经升速齿轮及联轴器来连接。

满足上述理想并网条件的并网方式即为准同步并网方式，在这种并网条件下，并网瞬间不会产生冲击电流，不会引起电网电压的下降，也不会对发电机定子绕组及其他机械部件造成损坏。这是这种并网方式的最大优点，但对风力驱动的同步发电机而言，要准确到达这种理想并网条件实际上是不容易，在实际并网操作时，电压、频率及相位都往往会有一些偏差，因此并网时仍会产生一些冲击电流。一般规定发电机与电网系统的电压差不超过5%～10%，频率差不超过0.1%～0.5%，使冲击电流不超出其允许范围。但如果电网本身的电压及频率也经常存在较大的波动，则这种通过同步发电机整步实现准同步并网就更加困难。

2）自同步并网。自同步并网就是同步发电机在转子未加励磁，励磁绕组经限流电阻短路的情况下，由原动机拖动，待同步发电机转子转速升高到接近同步转速（约为80%～90%同步转速）时，将发电机投入电网，再立即投入励磁，靠定子与转子之间电磁力的作用，发电机自动牵入同步运行。由于同步发电机在投入电网时未加励磁，因此不存在准同步并网时的对发电机电压和相角进行调节和校准的整步过程，并且从根本上排除了发生非同步合闸的可能性。当电网出现故障并恢复正常后，需要把发电机迅速投入并联运行时，经常采用这种并网方法。这种并网方法的优点是不需要复杂的并网装置，并网操作简单，并网过程迅速；这种并网方法的缺点是合闸后有电流冲击（一般情况下冲击电流不会超过同步发电机输出端三相突然短路时的电流），电网电压会出现短时间的下降，电网电压降低的程度和电压恢复时间的长短，同并入的发电机容量与电网容量的比例有关，在风力发电情况下还与风电场的风资源特性有关。

必须指出，发电机自同步过程与投入励磁的时间及投入励磁后励磁增长的速率密切相关。如果发电机是在非常接近同步转速时投入电网，则应迅速加上励磁，以保证发电机能迅速被拉入同步，而且励磁增长的速率愈大，自同步过程也就结束的愈快；但是在同步发电机转速距同步速较大的情况下应避免立即迅速投入励磁，否则会产生较大的同步力矩，并导致自同步过程中出现较大的振荡电流及力矩。

（2）同步发电机的转矩—转速特性。当同步发电机并网后正常运行时，其转矩—转速特性曲线如图2-27所示，图中nS为同步转速，从图2-27可以看出，发电机的电磁转矩对风力机来讲是制动转矩性质，因此不论电磁转矩如何变化，发电机的转速应为维持不变（即维持为同步转速nS），以便维持发电机的频率与电网的频率相同，否则发电机将与电网解裂。这就要求风力机有精确的调速机构，当风速变化时，能维持发电机的转速不变，等于同步转速，这种风力发电系统的运行方式，称为恒速恒频方式。与此相对应，在变速恒率系统运行方式下（即风力机及发电机的转速随风速变化做变速运行，而在发电机输出端则仍能得到等于电网频率的电能输出），风力机不需要调速机构。带有调速机构的同步风力发电系统的原理性框图如图2-28所示。

调速系统是用来控制风力机转速（即同步发电机转速）及有功功率的，励磁系统是调控同步发电机的电压及无功功率的，图中n、U、P分别代表风力机的转速、发电机的电压、输出功率。总之，同步发电机并网后，对发电机的电压、频率及输出功率必须进行有效的控制，否则会发生失步现象。

2．异步发电机

（1）异步发电机的基本原理及其转矩—转速特性。风力发电系统中并网运行的异步电机，其定子与同步电机的定子基本相同，定子绕组为三相的，可按成三角形或星形接法；转子则有鼠笼型和绕线型两种。根据异步电机理论，异步电机并网时由定子三相绕组电流产生的旋转磁场的同步转速决定于电网的频率及电机绕组的极对数，即

式中：ns为同步转速；f为电网频率；p为绕组极对数。

按照异步电机理论又知，当异步电机连接到频率恒定的电网上时，异步电机可以有不同的运行状态；当异步电机的转速小于异步电机的同步转速时（即n＜ns），异步电机以电动机的方式运行，处于电动运行状态，此时异步电机自电网吸取电能，而由其转轴输出机械功率；而当异步电机由原动机驱动，其转速超过同步转速时（即n＞ns），则异步电机将处于发电运行状态，此时异步电机吸收由原动力供给的机械而向电网输出电能。异步电机的不同运行状态可用异步电机的滑差率S来区别表示。异步电机的滑差率定义为

由式（2-16）可知，当异步电机与电网并联后作为发电机运行时，滑差率S为负值。

由异步电机的理论知，异步电机的电磁转矩M与滑差率S的关系如图2-29所示。根据式（2-16）所表明的S与n的关系，异步电机的M—S特性也即是异步电机的M—n特性。

改变异步电机转子绕组回路内电阻的大小可以改变异步电机的转矩—转速特性曲线，图2-27中曲线2代表转子绕组电阻较大的转矩—转矩特性曲线。

在由风力机驱动异步发电机与电网并联运行的风力发电系统中，滑差率S的绝对值取为2%～5%；S 取值越大，则系统平衡阵风扰动的能力越好，一般与电网并联运行的容量较大的异步风力发电机其转速的运行范围在ns与1.05ns之间。

（2）异步发电机的并网方法。由风力机驱动异步发电机与电网并联运行的原理如图2-30所示。因为风力机为低速运转的动力机械，在风力机与异步发电机转子之间经增速齿轮传动来提高转速以达到适合异步发电机运转的转速，一般与电网并联运行的异步发电机多选4极或6极电机，因此异步电机转速必须超过1500r/min或1000r/min，才能运行在发电状态，向电网送电。电机极对数的选择与增速齿轮箱关系密切，若电机的极对数选小，则增速齿轮传动的速比增大，齿轮箱加大，但电机的尺寸则小些；反之，若电机的极对数选大些，则传动速比减小，齿轮箱相对小些，但电机的尺寸则大些。

根据电机理论，异步发电机并入电网运行时，是靠滑差率来调整负荷的，其输出的功率与转速近乎呈线性关系，因此对机组的调速要求，不像同步发电机那么严格精确，不需要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速时就可并网，国内及国外与电网并联运行的风力发电机组中，多采用异步发电机，但异步发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流（约为异步发电机额定电流的4～7倍），并使电网电压瞬时下降。随着风力发电机组单机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自身部件的安全及对电网的影响也愈加严重。过大的冲击电流，有可能使发电机与电网连接与电网连接的主回路中的自动开关断开；而电网电压的较大幅度下降，则可能会使低压保护动作，从而导致异步发电机根本不能并网。当前在风力发电系统中采用的异步发电机网方法有以下几种。

1）直接并网。这种并网方法要求在并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力驱动的异步发电机转速接近同步转速时即可自动并入电网；自动并网的信号由测速装置给出，而后通过自动空气开关合闸完成并网过程，显见这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单。但如上所述，直接并网时会出现较大的冲击电流及电网的下降，因此这种并网方法只适用于异步电动机容量在百千瓦以下，而电网容量较大的情况下。这种并网方法不能采用中国最早引进的55kW风力发电机组及自行研制的50kW风力发电机组都是采用这种方法并网的。

2）降压并网。这种并网方法是在异步电机与电网之间串接电阻或电抗器或者接入自耦变压器，以达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机并入电网以后，进入稳定运行状态时，必须将其迅速切除，这种并网方法适用于百千瓦以上、容量较大的机组，显见这种并网方法的经济性较差，中国引进的200kW异步风力发电机组，就是采用这种并网方式，并网时发电机每相绕组与电网之间皆串接有大功率电阻。

3）通过晶闸管软并网。这种并网方法是在异步发电机定子与电网之间通过每相串入一只双向晶闸管连接起来。三相均有晶闸管控制。双向晶闸管的两端与并网自动开关K2的动合触头并联，如图2-31所示。接入双向晶闸管的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。其并网过程如下：当风力发电机组接受到由控制系统内微处理机发出的启动命令后，线检查发电机的相序与电网的相序是否一致，若相序正确，则发出松闸命令，风力发电机组开始启动。当发电机转速接近同步转速时（约为99%～100%同保护转速），双向晶闸管的控制角同时由180°到0°逐渐同步打开；与此同时，双向晶闸管的导通角则同时由0～180°逐渐增大，此时并网自动开关K2未动作，动合触头为闭合，异步发电机即通过晶闸管平稳地并入电网；随着发电机转速继续升高，电机的滑差率渐趋于零，当滑差率为零时，并网自动开关动作，动合触头闭合，双向晶闸管被短接，异步发电机的输出电流将不再经双向晶闸管，而是通过已闭合的自动开关触头流入电网在发电机并网后，应立即在发电机端并入补偿电容，将发电机的功率因数（cosφ）提高到0.95以上。

这种软并网方法的特点是通过控制晶闸管的导通角，将发电机并网瞬间的冲击电流值限制在规定的范围内（一般为1.5倍额定电流以下），从而得到一个平滑的并网暂态过程。

如图2-31所示的软并网线路中，在双向晶闸管两端并接有旁路并网自动开关，并在零转差率时实现自动切换，在并网暂态过程完毕后，即将双向晶闸管短接。与此种软并网连接方式相对应的另一种软并网方式是在异步电动机与电网之间通过双向晶闸管直接连接，在晶闸管两端没有并接的旁路并网自动开关，双向晶闸管既在并网过程中起到控制冲击电流的作用，同时又作为无触头自动开关，在并网后继续存在于主回路中，这种软并网连接方式可以省去一个并网自动开关，因而控制回路也较高的开关频率，这是其优点。但这种连接方式需选用电流允许值大的高反压双向晶闸管，这是因为在这种连接方式下，双向晶闸管中通过的电流需满足通过异步电机的额定电流值，而具有旁路并网自动开关的软并网连接方式中的高反压双向晶闸管只要能通过较发电机空载电流略高的电流就可以满足要求，这是这种连接方式的不利之处。这种软并网连接方式的并网过程与上述具有并网自动开关的软并网连接方式的并网过程相同，在双向晶闸管开始导通阶段，异步电机作为电动机运行，但随着异步电机转速的升高，滑差率渐渐接近于零，当滑差率为零时，双向晶闸管已全部导通，并网过程也就结束。

晶闸管软并网技术虽然是目前一种先进的并网方法，但它也对晶闸管器件及与之相关的晶闸管触发器提出了严格的要求，即晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，只有发电机主回路中的每相的双向晶闸管特性一致，控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，才能保证可控硅导通角在0°～180°范围内同步逐渐增大，才能保证发电机三相电流平衡，否则会对发电机不利。目前在晶闸管软并网方法中，根据晶闸管的通断状况，触发电路有移相触发及过零触发两种方式，移相触发会造成发电机每相电流为正负半波对称的非正弦波（缺角正弦波）含有较多的奇次谐波分量，这些谐波会对电网造成污染公害，必须加以限制和消除。

过零触发是在设定的周期内，逐步改变晶闸管大的导通周波数，最后达到全部导通，使发电机平稳并入电网，因而不产生谐波干扰。

通过晶闸管软并网将风力驱动的异步发电机并入电网是目前国内外中型及大型风力发电组中普遍采用的，中国引进和自行开发研制生产的250kW、300kW、600kW的并网型异步风力发电机组，都采用这种并网技术。

3．双馈异步发电机

（1）工作原理。众所周知，同步发电机在稳态运行时，其输出端电压的频率与发电机的极对数及发电机转子的转速有着严格固定的关系，即

式中：f为发电机输出电压频率，Hz；p为发电机的极对数；n为发电机旋转速度，r/min。

显而易见，在发电机转子变速运行时，同步发电机不可能发出恒频电能，由电机结构知，绕线转子异步电机的转子上嵌装有三相对称绕组，根据电机原理知道，在三相对称绕组中通入三相对称交流电，则将在电机气隙内产生旋转磁场，此旋转磁场的转速与所通入的交流电的频率及电机的极对数有关，即

式中：n2为绕线转子异步电机转子的三相对称绕组通入频率为f2的三相对称电流后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度，r/min; p为绕线转子异步电机的极对数；f2为绕线转子异步电机转子三相绕组通入的三相对称交流电频率，Hz。

从式（2-18）可知，改变频率f2，即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设n1为对应于电网频率为50Hz（f1=50Hz）时异步发电机的同步转速，而n为异步电机转子本身的旋转速度，则只要维持n± n2=n1=常数，见式（2-19），则异步电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为f1不变。

异步发电机的滑差率，则异步电机转子三相绕组内通入的电流频率应为

式（2-20）表明，在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入滑差率（f1S）的电流，则在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。

根据双馈异步电机转子转速的变化，双馈异步电机可有以下三种运行状态：

1）亚同步运行状态。在此种状态下n＜n1，由滑差率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子的转速方向相同，因此有n+n2=n1。

2）超同步运行状态。此种状态下n＞n1，改变通入转子绕组的频率为f2的电流相序，则其所产生的旋转磁场转速n2的转向与转子相反，因此有n-n2=n1为了实现n2转向反向，在由亚同步运行转向超同步运行时，转子三相绕组必须能自改变其相序；反之，也是一样。

3）同步运行状态。此种状态下n=n1，滑差率f2=0，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0，也即是直流电流，因此与普通同步电机一样。

（2）等值电路及向量图。根据电机理论，双馈异步发电机的等值电路如图2-32所示。

图2-32中，r1、X 1、rm、X m、r′2、X′2 为定子、转子绕组及励磁绕组参数；U 1、I1、E1及U′2、I′2、E′2分别代表定子及转子绕组的电压、电流、感应电势；I0及Φm为励磁电流以及气隙磁通。只要知道电机的参数，利用等值电路，就可以计算不同滑差率及负载的发电机的运行性能。

双馈异步发电机稳态运行时的向量如图2-33所示，向量图表明，在亚同步运行时，转子电路的滑差率即SP m=m2U2NI2cosφ2 为正值（cosφ2＞0），表明需要有转子外接电（cosφ2＜0），表明转子可向外接电源送出功率。电源送入功率，在超同步运行时，转子电路的滑差率S Pm=m2 U2sI2cosφ2为负值。

（3）功率传递关系。双馈异步发电机在亚同步运行及超同步运行时的功率流如图2-34所示，图中Pem为发电机的电磁功率，S为电机的滑差。

4．低速交流发电机

（1）风力机直接驱动的低速交流发电机的应用场合。众所周知，火力发电厂中应用的是高速的交流发电机，核发电厂中应用的也是高速交流发电机，其转速为300r/min或1500r/min。在水力发电厂中应用的则是低速的交流发电机，视水流落差的高低，其转速为几十转每分至几百转每分。这是因为火力发电厂是由高速旋转的汽轮机直接驱动交流发电机，而水力发电厂中应用的则是由低速旋转的水轮机直接驱动交流发电机的缘故。

风力机也属于低速旋转的机械，中型及大型风力机的转速约为10～40r/min，比水轮机的转速还要低。大型风力发电机组在风力机与交流发电机之间装有增速齿轮箱，借助齿轮箱提高转速，因此应用的仍是高速交流发电机。如果由风力机直接驱动交流发电机，则必须应用低速交流发电机。

（2）低速交流发电机的特点。

1）外形特点。根据电机理论知，交流发电机的转速（n）与发电机的极对数（p）及发电机发出的交流电的频率（f）有固定的关系，即

当f=50Hz为恒定值时，如若发电机的转速愈低，则发电机的极对数应愈多。从电机结构知，发电机的定子内径（Di）与发电机的极数（2p）及极距（τ）成正比，即

因此低速发电机的定子内径大于高速发电机的定子内径。从电机设计的原理又知，发电机的容量（PN）与发电机定子内径（Di）、发电机的轴向长度（l）有关，即

由式（2-23）可知，当发电机的设计容量一定时，发电机的转速愈低，则发电机的尺寸（Di2l）愈大；而由式（2-22）知，对于低速发电机，发电机的定子内径大，因此发电机的轴向长度相对于定子内径而言是很小的，即Di≫l，也可以说，低速发电机的外形酷似一个扁平的大圆盘。

2）绕组槽数。由于低速发电机极数多，发电机每极每相的槽数（q）少，当q为小的整数（例如q=1），就不能利用绕组分布的方法来削减谐波磁密在定子绕组中感应产生的谐波电热，同时由定子上齿槽效应而产生的齿谐波电势也加大了，这将导致发电机绕组的电势波形不再是正弦形的，根据电机绕组理论，采用分数槽绕组，则可以削弱高次谐波电势及高次齿谐波电势，使发电机绕组电势波形得到改善，成为正弦波形。所谓分数槽绕组就是发电机的每极每相槽数不是整数，而是分数，即

式中：Z为沿定子铁芯内圆的总槽数；m为发电机的相数。

大型水轮发电机多采用分数槽绕组，在中小型低速发电机中也可采用斜槽（把定子铁芯上的槽数或转子磁极扭斜一个定子齿距的大小）或采用磁性槽楔，也可减小齿谐波电势。

在风力发电系统中，若风力机为变速运行，并采用AC—DC—AC方式与电网连接，也可不采用分数槽绕组，而在逆变器中采用PWM（脉宽调制）方式来获得正弦形的交流电。

3）低速交流发电机转子磁极数多，采用永久磁体，可以使转子的结构简单，制造方便。低速交流发电机的定子内径大，因而转子大尺寸及惯量也大，这对平抑风力起伏引起的电动势是有利的；但转子轮缘的结构和其截面尺寸应满足允许的机械强度及导磁的需要。

4）结构型式。根据风力机的结构型式分为水平轴及垂直轴两种型式，低速交流发电机也有水平轴及垂直轴两种型式，德国采用的是水平轴结构，而加拿大采用的是垂直轴结构型式。

5．无刷双馈异步发电机

（1）结构。无刷双馈异步发电机在结构上由两台绕线式三相异步电机组成，一台作为主发电机，其定子绕组与电网连接，另一台作为励磁电机，其定子绕组通过变频器与电网来连接。两台异步电机的转子为同轴连接，转子绕组在电路上互相来连接，因而在转子转轴上皆没有滑环和电刷，其结构性原理图如图2-35所示。

（2）利用无刷双馈异步发电机实现变速恒频发电的原理。如图2-24所示，若风力风轮经升速齿轮箱（图中未画出）带动异步电机转子旋转的转速为nR，当风速变化时，则nR也变化，即异步电机为变速运行。

设主发电机的极对数为p，励磁机的极对数为pe，由图2-38知，励磁机定子绕组是经变频器与电网连接的，设励磁机定子绕组由变频器输入的电流频率为fe1，则励磁机定子绕组产生的旋转磁场ne1为

这样，在励磁机转子绕组中将感应产生频率为fe2的电势及电流，若nR与ne1转向相反，则

若nR与ne1转向相同，则

因为两台电机的转子绕组在电路上是互相连接的，故主发电机转子绕组中电流的频率f2=fe2，即

由电机原理又知，主发电机转子绕组电流产生的旋转磁场相对于主发电机转子自身的旋转速度n2应为

将式（2-28）代入上式，则有

此主发电机转子旋转磁场相对于其定子的转速n1为

在式（2-30）中，当主发电机转子旋转磁场n 2与nR的转向相反时应取“-”号；反之，若n2与nR的旋转方向相同时，则取“+”号，表明主发电机转子绕组与励磁机转子绕组是反相序连接的。

这样，定子绕组中感应电势频率f1应为

将式（2-29）代入式（2-31），整理后可得

由式（2-32）可以看出，当风力机的风轮以转速nR作变速运行时，只需改变由变频器输入励磁机定子绕组电流的频率fe1，就可实现主发电机定子绕组输出电流的频率为恒定值（即f1=50Hz），即达到了变速恒频发电。

（3）能量传递关系。无刷双馈异步发电机运行时的能量传递情况在低风速运行与高风速运行时是不相同的，下面分别说明。

1）低风速运行时，n 1＞n R, ne 1与n R旋转方向相反，如图2-36所示，此时能量传递情况如图2-36（b）所示。图中P m为电机轴上输入机械功率；Pe 1为由变频器输入的电功率；P1为主发电机定子绕组输出的电功率（不考虑电机及变频器的各种损耗）。

2）高风速运行时，n R＞n 1, ne 1与n R旋转方向相反，如图2-37（a）所示，此时能量传递情况如图2-37（b）所示。从电机轴上输入的机械功率Pm分别从主发电机定子绕组转换为电功率及由励磁机定子绕组转变为电功率经变频器馈入电网。

（4）优缺点。

1）由于不存在滑环及电刷，运行时的事故率小，更安全可靠。

2）在高风速运行时除去主发电机向电网送入电功率外，励磁机经变频器可向电源馈送电功率。

3）采用了两台异步电机，整个电机系统的结构尺寸增大，这将导致风电机组机舱结构尺寸及质量增加。

6．交流整流子发电机

在风力发电系统中采用交流整流子发电机（A.C.Commutator Machine）亦可以实现在风力机变速运转下获得恒频交流电。交流整流子发电机是一种特殊的电机，这样发电机的输出频率等于其励磁频率，而与原动机的转速无关，因此只需有一个频率恒定的交流励磁电源，例如50Hz的励磁电源就可以了，见图2-38。

7．高压同步发电机

（1）结构特点。这种发电机是将同步发电机的输出端电压提高到10～20kV，甚至高达40kV以上。因为发电机的定子绕组输出电压高，因而可以不用升压变压器而直接与电网连接，即兼有发电机及变压器的功能，是一种综合的发电设备，故称为Powerformer，是由ABB公司于1998年研制成功的。这种电机在结构上有两个特点：一是发电机的定子绕组不是采用传统发电机中带绝缘的矩形截面铜导体，而是利用圆形的电缆线制成，电缆具有坚固的绝缘，此外因为定子绕组的电压高，为满足绕组匝数的要求，定子铁芯槽形为深槽的；二是发电机转子采用永磁材料制成，且为多极的，因为不需要电流励磁，故转子上没有滑环。

（2）高压发电机（Powerformer）在风里发电系统中的应用。

1）高压发电机与风力机转子叶轮直接连接，不用增速齿轮箱，以低速运转，减少了齿轮箱运行时的能量损耗，同时由于省去了一台升压变压器，又免除了变压器运行时的损耗，转子上没有励磁损耗及滑环上的摩擦损耗，故与采用具有齿轮增速传动及绕线转子异步发电机的风力发电系统比较，系统的损耗降低，效率约可调高5%左右。这种高压发电机应用在风力发电系统中，又称为Windformer。

2）由于不采用增速齿轮箱，减少了运行时的噪声及机械应力，降低了维护工作量，提高了运行的可靠性。与传统的发电机相比，采用电缆线圈可减少线圈匝间及相间绝缘击穿的可能性，也提高了系统运行的可靠性。

3）采用Windformer技术的风电场与电网连接方便、稳妥。风电场中每台高压发电机的输入端可经过整流装置变换为高压直流电输出，并接到直流母线上，实现并网，在将直流电经逆变器转换为交流电，输送到地方电网；若需要将电力远距离输送时，可通过再设置更高变比的升压变压器接入高压输电线路，如图2-39所示。

4）这种高压发电机因采用深槽形定子铁芯，会导致定子齿抗弯强度下降，必须采用新型强固的槽楔，使定子铁芯齿得以压紧，同时因应用电缆来制造定子绕组，使得电机的质量增加约20%～40%，但由于省去了一台变压器及增速齿轮箱，风电机组的总质量并未增加。

5）这种发电机采用永磁转子，需要用大量的永磁材料，同时对永磁材料的性能稳定性要求高。

1998年ABB公司展示了单机容量为3～5MW，电压为1.2kV的高压永磁同步发电机，计划安装于瑞典的Nassuden风电场（该风场为近海风场，年平均风速为8m/s，估算年发电量可达11GW·h），以期对海上风电场运行做出评价。