风能是一种清洁无污染的可再生能源,对风能的开发利用可有效缓解人类发展过程中的能源短缺问题。相比于陆上风力发电,海上风力发电具有功率输出稳定、不占用陆地空间、噪声对自然环境的影响较小、易于被电网消纳等优点,因此未来风力发电将从陆上转向海上,从近海转向远海。海上风电场特殊的工作环境要求风力发电机具备可靠性高、便于安装的特点。传统的直驱式永磁同步风力发电机尺寸较大,不便于制造安装,且永磁体位于转子,散热困难;此外海上风电场采用高压交流传输会带来的海缆电容过大的问题。因此,基于定子永磁风力发电机的全直流传输的海上风力发电系统越来越受到关注。本文将模块化设计思想运用到定子励磁无刷电机上,设计了一台72/72极模块化定子永磁发电机(MSPMG),有效解决了永磁体的散热和冷却问题,同时大大降低了大型直驱式永磁风力发电机生产装配的难度。本文在分析模块化定子永磁发电机(MSPMG)运行特性的基础上,推导了MSPMG的功率尺寸方程,并就MSPMG的尺寸参数确定和材料选择提出了设计方案,通过有限元分析获得非线性电感与电流和位置角关系。针对控制系统,设计了发电机侧AC/DC变换器的拓扑结构,并提出了基于变分原理的最优功率控制策略;设计了网侧IPOS-SAB隔离型DC/DC变换的拓扑结构,并提出了发电机内LVDC母线电压平衡控制策略和SABC模块均压控制策略。最后通过软件仿真验证了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。