矩阵式变换器(Matrix Converter，简称为MC)，是一种先进拓扑结构的“全硅”功率变换器，具有优良控制性能和品质的新型电力变换器。它具有良好的输入输出特性，无需大容量的贮能元件，可获得正弦输出电压，能量可以双向流动，输入功率因数高，可达到0.99以上并可自由调节，且与负载的功率因数无关。能获得正弦输入电流，能主动抑制谐波，对电网的谐波污染小。另外，由于其输入输出特性良好，能量能够实现双向流动，因此，它能够满足风力发电系统的变速恒频控制的要求，具有巨大的研究价值和广泛的应用前景。 本文采用了计算机仿真与实验结合的方法，研究了矩阵式变换器的直接调制策略-基于瞬时双电压控制策略的矩阵式变换器的设计与研制。 矩阵式变换器的工作原理，本质上是一种高频的交流斩波。通过斩取输入电压波形中的片段，合成逼近期望波形。矩阵式变换器的控制，即是根据期望控制目标寻找优化的开关控制序列的问题。本文采用的瞬时双电压控制法，利用输入的线电压合成期望输出电压。双电压控制法不需要将矩阵式变换器拓扑等效为交-直-交模型，属于直接调制，它的优点在于输入非平衡条件下，依旧能够获得期望正弦输入电压。 本文首先阐述了选题的背景，研究的目的和意义，介绍了矩阵变换器的结构及特点。分类讨论了矩阵式变换器的几种控制策略。针对矩阵式变换器的双电压合成控制策略作出详细分析，推导出开关状态计算方法及占空比的计算公式，利用原点开关的概念，简化了控制算法的实现。在输入电压为对称正弦的平衡状态及非平衡状态下，分别对输出线电压、输入电流进行仿真，并总结了仿真结果。 最后开发了基于“TMS320LF2407系列数字信号处理器(DigitalS ignalProcessor，简称DSP)和 EPM7128S(Complex Programmable Logic Device简称CPLD)”的矩阵式变换器系统，设计了矩阵式变换器的主电路及基于EXB841的IGBT开关驱动电路、电压检测电路，电流方向检测判断电路等功能电路。用DSP专用C语言编写了双电压合成控制策略下的控制软件，利用CPLD实现四步换流策略，文中详细介绍了编程思想。 本文研究的目的是对矩阵式变换器的控制策略、双向开关换流及实验样机的设计研制方面等问题进行实践性的研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的结论和经验，为本课题的进一步研究及应用用奠定了重要的基础。 本文的研究工作得到国家自然科学基金重点项目(60534040)-“分散式风力-太阻能发电系统的混和控制研究”的资助。