海上风能强劲且稳定、可减少土地资源占用且噪声影响小,全球风电场建设已出现从陆地向海上发展的趋势。建设采用直流汇集-直流传输电能的海上全直流风场对于解决沿海地区的电力供应问题具有重要意义。由于至今尚未突破许多技术壁垒,目前世界上仍未建成海上全直流风场。针对海上全直流风场的传统风机串联升压拓扑可能存在的电机绕组额外绝缘问题,以及在风速不均衡和故障情况下复杂的功率分配和电压控制问题,本文提出将永磁同步发电机本体模块化、机侧AC/DC变换器模块化和网侧DC/DC变换器模块化,实现整个永磁直流风机拓扑模块化的设计思路。进一步提出了一种基于磁集成变压器(MIT)的模块化永磁直流风机拓扑。通过分数槽集中绕组直驱永磁同步发电机(FSCW DDPMSG)和MIT的结合,直接在机端产生高压直流,增强故障容错能力。本文给出一整套考虑多重因素时FSCW DDPMSG的设计准则,采用MATLAB软件编写程序,设计了具有8套三相绕组、容量为5 MW永磁发电机的算例,并基于MAXWELL软件进行有限元仿真分析。设计了发电机侧AC/DC和网侧MIT隔离式DC/DC变换器的拓扑结构,分析其工作原理,采用机侧AC/DC变换器实现电机绕组电流功率因数校正(PFC)的控制策略,以及网侧MIT隔离式DC/DC变换器实现机内低压直流母线电压稳定的控制策略。基于PLECS软件仿真结果表明,本文所设计的基于MIT的模块化永磁直流风机在启动、变速、故障和停运情况下能够实现工作状态的平稳过渡,以及最大功率跟踪(MPPT),验证了本文所提出拓扑和控制方式的合理性和可行性。这为未来海上全直流风场的研究提供了技术参考。