模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,简称M3C)作为一种新型的交-交变换电路,在中高压、大功率的交流输电、电机驱动领域有着其他拓扑不可比拟的优点:开关管单管压降及开关频率较低、输出波形阶跃幅度较小、系统容错性及可扩展性较好,因此在近年来引起了众多学者的极大关注。在此,本文针对模块化矩阵变换器控制上的难题做了一些改进的研究工作。首先,针对M3C系统的研究背景进行了详细的介绍,重点阐述了大背景下M3C的应用前景,并通过比较突出了M3C作为一种可以直接交-交变换的拓扑在相关领域中的极大优势。同时,回顾了M3C的发展历程及研究现状。其次,针对M3C拓扑结构,分析其数学模型,并建立了相应的等效电路模型;解析了M3C系统的工作原理,分析了M3C系统正常工作下子模块电容电压纹波及桥臂环流产生机理。通过推导子模块电容纹波与桥臂瞬时功率的关系,推导出电容纹波表达式,并进一步分析了影响子模块电容电压波动绝对值及其相对值的几个重要因素。在桥臂电流分析中,阐述了九种与输入输出侧无关的内部环流路径,并通过双αβ0变换实现了桥臂电流的输入、输出、内部环流的相互解耦,为后文的控制策略提供理论基础。针对系统的桥臂能量均衡、子模块电容电压、桥臂环流、输入输出电流等几个重要的电气参量的相关控制进行了详细的分析,并给出了相应的控制策略。同时,结合已有的控制策略,本文对其进行了综合比较,提出将分层控制与双αβ0变换相结合的控制方式,在不影响系统控制效果的同时,不仅实现了电气参量的直接控制反馈,并且分别在系统的横向和纵向层面上降低了以往控制系统的复杂程度。对于系统的子模块预充电、预启动过程,本文分别提出交错式分组预充电法及多线性参考预启动的控制方法,大大降低了系统启动时的过冲电流。针对M3C处于特殊频段下工作特性,分别对其进行了详细的分析:在低频输出时,通过控制桥臂电流中的输入侧电流或功率分量,来调控桥臂电流,进而实现子模块电容电压输出侧二倍频波动抑制;在同频或趋于输出时,同时控制桥臂电流中的输入输出电流或功率分量,来调控桥臂电流,进而实现子模块电容电压差频波动抑制。最后,根据本文所给出和提出的控制策略分别对M3C处于不同工况下做了相应的仿真验证,包括高频转换、低频转换和同频转换。同时,针对子模块电容电压参考突变、切载、变频等暂态过程也给出了相应的仿真结果。除此之外,本文还搭建一台M3C样机,进一步来验证本文所给出的控制策略的有效性。本文结尾,针对本文就M3C拓扑分析、控制策略研究、仿真及实验验证等工作进行了总结,并对将来的工作进行了展望。