本发明涉及风力发电，具体涉及一种模块化定子结构及超高压发电机。
背景技术：
1、目前，海上用风力电机组普遍采用中低压发电机，其典型输出电压如690v、3.3kv、6kv、12kv，为了减少远距离输电损耗，该输出电压通过机组升压变压器升压和海上换流站升压整流至hvdc等级才将电能送出。因此可以考虑在发电机后第一转换级处直接将电压升高(即将多个单相ac/dc整流器的直流侧级联输出)至hvdc等级，这样仅经过一级变换就能将电能直接送出，而无需笨重的全功率升压变压器和建造昂贵的海上换流站。
2、但这种超高压发电机(这里超高压是指绝缘耐压>35kv)面临一系列挑战。首先，在常规的叠层绕组结构中，由于绝缘较厚、导热热阻的增加等原因使得绕组温升提高，从而增加了绝缘失效的风险。单层绕组虽然可以实现有效的冷却和热隔离，但是其拓扑不利于削弱高次谐波，并不适用于大容量发电机应用。其次，这种超高压发电机一般采用多相结构，当某一相绕组发生故障而被旁路后，由于相绕组之间存在较大互感耦合，导致与故障相邻近的相电压发生改变造成控制上的困难。最后，传统定子结构的绕组系数难以调节，从而使得感应电动势的谐波较大。
3、综上所述，传统的发电机定子结构已经无法满足超高压发电机的性能需求。
技术实现思路
1、本发明提供一种模块化定子结构及超高压发电机，以解决现有超高压发电机冷却效率低，相绕组之间互感耦合大，以及绕组系数难以调节导致电动势谐波较大的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种模块化定子结构，包括定子铁心和定子线圈，所述定子铁心包括定子槽、燕尾榫、冗余齿、主齿和容错齿；
4、燕尾榫设置在所述定子铁心的顶部，定子铁心具有多个主齿，冗余齿设置在相邻主齿之间的一侧，容错齿设置在主齿的另一侧，定子线圈安装在主齿上，主齿和冗余齿之间形成所述定子槽，主齿贴合定子线圈，冗余齿上设置多个第一通风孔，容错齿齿顶和冗余齿的齿顶位于同一水平线上。
5、进一步地，主齿齿顶设置榫卯结构，安装时，定子线圈通过所述榫卯结构固定安装在主齿上。
6、进一步地，主齿齿顶侧面形成圆弧状结构，所述圆弧状结构与主齿齿根交界处以及容错齿和冗余齿的齿顶位于同一水平线上。
7、进一步地，位于定子线圈和燕尾榫之间的定子铁心的轭部处设置多个第二通风孔。
8、进一步地，所述主齿设置的数量为不小于2的偶数。
9、进一步地，定子线圈设置为跑道形，定子线圈的进线端连接至另一个定子线圈的进线端，或者定子线圈的出线端连接至另一个定子线圈出线端。
10、采用所述的模块化定子结构的超高压发电机，包括：转子、模块化定子结构和机壳，所述转子包括转子铁心和永磁铁；
11、永磁铁设置多个，多个永磁铁均匀设置在转子铁心的表面，相邻永磁铁的极性相反；
12、所述机壳上设置燕尾槽，燕尾榫对应安装在所述燕尾槽内，所述转子设置在所述模块化定子结构的底部外侧，转子和模块化定子结构同心，转子和模块化定子之间设置第二气隙。
13、进一步地，所述模块化定子结构设置满足以下公式的数量：
14、n＝m×k1
15、其中，n为模块化定子结构数量，m为超高压发电机相数，k1为不小于1的整数。
16、进一步地，多个模块化定子结构之间设置第一气隙。
17、进一步地，所述定子槽设置满足以下公式的数量：
18、z＝2×p±2
19、其中，z为单元电机的定子槽数量，p为单元电机的永磁铁的极对数。
20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21、本发明提供一种模块化定子结构，定子铁心包括容错齿、冗余齿和主齿，冗余齿设置在相邻主齿之间的一侧，容错齿设置在主齿的另一侧，能够为漏磁通提供闭合回路，减少交链到其他模块化定子的磁通，从而降低相绕组间的耦合；冗余齿设置在主齿之间，能够隔离原本接触的两个定子线圈边并增加定子线圈边与定子铁心的热接触面积，冗余齿上还设置多个第一通风孔，能够进一步提高超高压发电机的冷却效率，并且通过改变冗余齿的宽度，能够调节绕组系数，从而抑制感应电动势高次谐波，具体来说本发明设置冗余齿的结构，能够按照绕组系数要求优选相应尺寸的冗余齿，从而达到抑制感应电动势高次谐波的目的。定子铁心的表面设置定子槽贴合定子线圈，定子槽的设置能够固定绕组，并且增加定子线圈与各齿间的换热面积，降低定子线圈温升。所述模块化定子结构为超高压发电机的制造、运输、安装和维护提供便利。
22、进一步地，本发明在定子轭部设置多个第二通风孔，能够进一步提高超高压发电机的冷却效率，从而降低绕组温升。
23、本发明提供一种超高压发电机，采用所述的模块化定子结构，在机壳上设置燕尾槽，能够配合燕尾榫固定模块化定子结构，多个模块化定子结构之间设置第一气隙，首先对于强迫风冷冷却系统，冷却空气通过第一气隙带走热量，从而能够降低绝缘层温度，保证了绝缘运行的可靠性；其次，由于空气的磁导率远低于硅钢片(通常为一比几千)，从而使得原本通过模块化定子结构间的磁通被第一气隙磁阻阻断，该磁通改为从磁阻更小的路径通过，即通过容错齿进行闭合，因此定子绕组产生的磁通(包括主磁通和漏磁通)不会交链到其他相，从而极大地降低了相间耦合，故障不会向其他健康相传播；最后，即使模块化定子结构的制造存在公差，这种气隙的存在也为模块化定子结构的安装提供了一定裕量，避免模块化定子结构安装困难的问题。最后，通过调节改变冗余齿、容错齿和第一气隙宽度可以减小高次谐波的绕组系数，以获得更接近正弦的反电势。
24、综上所述，本发明提供的具有模块化定子结构的超高压发电机，降低了超高压发电机冷却系统的需求和投资成本，简化了变流器的控制复杂度，降低了输出电压的高次谐波，提高了超高压发电机绝缘系统运行的可靠性，并有效提高了超高压发电机故障工况下的容错性能。
1.一种模块化定子结构，其特征在于，包括定子铁心和定子线圈(1)，所述定子铁心包括定子槽、燕尾榫(4)、冗余齿(5)、主齿(6)和容错齿(7)；
2.根据权利要求1所述的一种模块化定子结构，其特征在于，主齿(6)齿顶设置榫卯结构，安装时，定子线圈(1)通过所述榫卯结构固定安装在主齿(6)上。
3.根据权利要求2所述的一种模块化定子结构，其特征在于，主齿(6)齿顶侧面形成圆弧状结构，所述圆弧状结构与主齿(6)齿根交界处以及容错齿(7)和冗余齿(5)的齿顶位于同一水平线上。
4.根据权利要求1所述的一种模块化定子结构，其特征在于，位于定子线圈(1)和燕尾榫(4)之间的定子铁心的轭部处设置多个第二通风孔(3)。
5.根据权利要求1所述的一种模块化定子结构，其特征在于，所述主齿(6)设置的数量为不小于2的偶数。
6.根据权利要求5所述的一种模块化定子结构，其特征在于，定子线圈(1)设置为跑道形，定子线圈(1)的进线端连接至另一个定子线圈(1)的进线端，或者定子线圈(1)的出线端连接至另一个定子线圈(1)出线端。
7.采用权利要求1所述的模块化定子结构的超高压发电机，其特征在于，包括：转子、模块化定子结构和机壳(9)，所述转子包括转子铁心(12)和永磁铁(11)；
8.根据权利要求7所述的超高压发电机，其特征在于，所述模块化定子结构设置满足以下公式的数量：
9.根据权利要求8所述的超高压发电机，其特征在于，多个模块化定子结构之间设置第一气隙(8)。
10.根据权利要求7所述的超高压发电机，其特征在于，所述定子槽设置满足以下公式的数量：
