作为一个有前景的功率变换方案,矩阵变换器在过去三十多年中持续成为电力电子界的研究热点。原因是矩阵变换器拥有许多优异的性能,如双向功率流动,可控输入功率因数,谐波含量少,不需要大容量的储能元件等。这些特性使得矩阵变换器被用来替代传统背靠背变换器以高效控制和转换电能,应用在诸如风能转换系统、变频调速和多电飞机等交交功率变换场合。由于没有中间储能元件,矩阵变换器的输出容易受到输入电压异常波动的影响。为解决这个问题,本文提出一种基于奇异值分解的具有前馈补偿能力的矢量调制算法。为了简化调制占空比矩阵的计算,本文对开关状态传递函数的空间矢量表达式运用奇异值分解,然后根据分解结果,用开关状态的等效矢量来直接合成期望调制占空比矩阵的等效矢量。通过该方法,调制占空比可被在线计算以解耦矩阵变换器的输入输出端。因此,输入端的低频谐波将不会传输到输出侧。另外,本文赋予开关状态样式和调制占空比矩阵一种全新几何理解。这便利了开关切换次序的优化和新调制算法的提出。仿真结果验证了所提方法能在电压非正常工况下保持输出正弦平衡。基于同样的奇异值分解结果,紧接着本文提出一种抑制共模电压的空间矢量调制算法。共模电压的减少是因为该算法优先使用了将三个输出相分别与不同的输入线相连的开关状态样式,或者将三个输出相同时连接到电压中间值所在输入相的开关状态样式。这两类开关状态样式对应共模电压值比其他关状态样式低,尤其是前者,对应的共模电压值为零。它们是通过由奇异值分解所发现的不同类开关状态样式的等价关系经过等价分解和等价结合的方式整合在矩阵变换器的换流次序中的,因此不需要增加额外的硬件设备,且该算法所需的计算量与传统空间矢量调制算法相比相差不大。另外,通过将这两类关状态样式放在开关次序的中间位置,输出电压和共模电压总是向邻近的电平切换,从而提升了输出侧的性能,减少输出电压和输出电流的谐波,同时也减少了共模电压的有效值。仿真和实验结果验证了所提方法能有效减少共模电压的幅值和有效值。然而,当矩阵变换器被调制策略或者控制算法严格调节时,其输出倾向于成为恒功率负载。本文首先对三相交流恒功率负载进行建模,分析了包括三相电源、输入滤波器、调制策略、三相负载在内的矩阵变换器系统的稳定性。通过对在稳态工作点线性化的状态平均模型进行传递函数零极点分析、雅可比矩阵特征值分析和开环函数广义奈奎斯特分析,三种方法一致地证明恒功率负载的小信号负阻抗模型削弱了矩阵变换器的滤波器阻尼,从而导致系统欠阻尼或者不稳定。分析结论解释了矩阵变换器在输入端的振荡现象,并被仿真结果所印证。