在传统矩阵变换器(Conventional Matrix Converter ,简写为CMC)和多电平逆变器的基础上,提出了一种新颖的电力电子拓扑结构——多电平矩阵变换器(Multilevel Matrix Converter,简写为MMC)。多电平矩阵变换器可以实现多个电平电压的阶梯波输出,因而输出电压波形更接近正弦,谐波含量降低;电路结构对称,输入/输出端可以互换,则既可实现升压也可实现降压,能突破传统矩阵变换器电压传输比0.866的限制,是一种较为理想的电能变换装置。因此,MMC将是研究电能变换装置和新能源利用中的热点和挑战。本文以多电平矩阵变换器为对象,研究了多电平矩阵变换器的拓扑电路、基本原理,阐述了MMC实现两电平运行的控制方法,创造性地提出了三电平运行时的空间矢量调制策略,且通过计算机仿真实验验证策略的可行性;建立了多电平矩阵变换器系统的数学模型,得出状态空间模型,在此基础上分析了系统的稳定性、能控性和能观测性;这些对进一步研究多电平矩阵变换器有一定的参考价值。具体地,本文的主要内容和主要研究成果如下:对照传统矩阵变换器的拓扑结构,利用多电平变换器基本单元思想,介绍了多电平矩阵变换器拓扑电路的生成,并详细地分析了构成其拓扑电路的H桥开关单元工作状态和支路连接操作规律。建立了多电平矩阵变换器系统的数学模型,得出状态空间模型,提出了判断稳定性的李亚普诺夫函数,并采用数值计算方法验证了稳定性结论且分析了系统能控、能观测性。基于空间矢量调制原理,分析了多电平矩阵变换器基本空间矢量的产生,阐述了多电平矩阵变换器在两电平运行时的调制策略,提出了三电平运行时的控制方法;并利用MATLAB/Simulink软件,搭建仿真模型,得到MMC分别工作在两电平和三电平时的仿真结果,对仿真结果进行分析,验证了控制算法的可行性和有效性。