起动/发电系统实现了发电机与起动机的统一,引起了人们的广泛关注。双级矩阵变换器(TSMC)作为一种新型的交-交变换器,具有结构紧凑、输入功率因数可调、能量可双向流动等优点。将双级矩阵变换器应用于交流起动/发电系统,可提高系统的功率密度及可靠性,使其成为起动/发电系统的一个重要研究内容。本文首先阐述了基于双级矩阵变换器的起动/发电系统(TSMC-S/G系统)的工作原理,包括双级矩阵变换器和混合励磁同步电机的基本原理,并利用Matlab/Simulink软件建立了系统的仿真模型;然后,对系统的起动控制策略进行研究,采用空间矢量控制策略实现起动。由于TSMC直流母线没有储能元件,为了抑制母线电压波动给系统带来的影响,设计了合适的重复控制器;针对系统起动工作时若电机功率因数角大于30°而引起的安全换流问题,分析了扇区中不同开关状态下的电流流通路径,提出了一种确保系统中电流始终存在流通回路的安全换流调制策略;针对TSMC-S/G系统起动和发电拓扑不同的问题,分析了切换过程中系统各部件的运行状态,给出了可行的起动/发电切换方案。最后,搭建了一套TSMC-S/G系统的实验平台,介绍了系统的软硬件设计,通过仿真和实验验证了本文的研究内容。