矩阵变换器是一种新型交交直接变换的功率变换器，以其无中间直流环节、具有单位输入功率因数和良好的正弦输入电流、能量可以双向流动等优点受到国内外学者的广泛关注。本文将矩阵变换器用于变速恒频发电系统，并通过改变矩阵变换器拓扑结构，为其增加直流输出功能，从而将发电机励磁电路与主功率变换器进行结合，整个系统实现了励磁电路与主功率电路一体化设计，使系统在发电机宽转速范围输入情况下能够实现恒压恒频电能的输出。本文首先介绍了具有直流输出功能的新型矩阵变换器拓扑结构与数学模型，分析了其交流输出桥臂的双空间矢量调制策略，并针对直流桥臂的输出特点，提出了一种直流输出调制策略。文中对该直流调制策略进行了详细的理论分析和数学推导。为改善发电系统输出电能质量，本文对新型矩阵变换器进行了一体化调制，实现了发电机励磁与发电系统功率变换器的同时控制，并对采用的组合式闭环控制方式进行了详细分析。文中建立了发电系统的MATLAB/Simulink模型，并进行了仿真研究，验证了具有直流输出功能的新型矩阵变换器拓扑结构、调制策略以及发电系统控制策略的正确性和有效性。本文最后讨论了矩阵变换器的实现技术，构建了以数字信号处理器（DSP）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）为控制核心、以反向并联逆阻式IGBT（RB-IGBT）构成的双向开关为功率器件的新型矩阵变换器实验平台。文中详细介绍了系统的软硬件构成与设计，并进行了实验验证。