矩阵式变换器是一类性能优良的功率变换器,允许频率单级变换,无需大容量的储能元件,输入功率因数接近1并可自由调节,能量可双向流动。矩阵式变换器本身也是一种柔性的、通用的电力变换器,它可以演化出多种电力变换器拓扑结构,本文研究一种由矩阵式交/交变换器演化来的交流-直流变换器,它除具有矩阵式变换器的一般特征外,还具有不同于现有交流-直流变换器的其它特征。论文采用计算机仿真与实验结合的方法,深入研究了一种矩阵式交流.直流电力变换器。本文首先较全面地研究了矩阵式交流一直流变换器的拓扑结构,提出矩阵式交流一直流变换器主要存在两类不同变换结构,一类是将直流负载与电源之间隔离的结构,另一类是非隔离的结构,论文重点研究了非隔离(直接型)矩阵式交流一直流变换器的拓扑结构。非隔离矩阵式交流一直流变换器的拓扑结构可以分为四种,本文研究了其中一种具有四象限运行能力的变换器。论文研究了这种变换器的两种控制策略:开关函数法和电流空间矢量法,分别研究并推导了在电网电压发生畸变和不平衡状态下的开关函数法和电流空间矢量法及其对变换器性能的影响;同时,基于矩阵式交流一直流变换器开关函数等价的原则,建立了这两种算法之间的统一联系;通过对矩阵式交流-直流变换器中共模电压产生原因及其大小的分析研究,提出了一种有效抑制共模电压的方法。论文建立了矩阵式三相交流-直流变换器的静态模型,系统地研究了这种变换器的功率特性及其四象限运行性能;在系统静态模型的基础上,通过微偏线性化的方法建立了变换器的交流小信号模型,对该变换器的稳定性及其动态性能进行了较系统地研究。论文研究了矩阵式交流一直流变换器的安全换流问题,分析了目前矩阵式变换器设计中常用的多步换流方法及其对变换器性能造成的不良影响;针对矩阵式交流-直流变换器的运行特点,分析指出一步换流策略适用于矩阵式交流-直流变换器的设计,同时设计并实现了一步换流的逻辑控制电路。为进一步研究该变换器性能,同时也为变换器的实验研究奠定基础,建立了矩阵式交流-直流变换器的仿真模型,对变换器的控制性能及运行性能进行了较完整的仿真研究,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后建立了矩阵式交流-直流变换器的软、硬件系统实验平台,对该变换器进行了实验研究,实验结果与仿真结果基本相符;实验结果验证了有关理论分析的正确性与设计方案的有效性,为变换器进一步实用化研究提供了依据。