传统的高速永磁同步发电系统有两种比较常见的拓扑,一种是不可控整流器加PWM逆变器,另外一种则是背靠背双PWM变流器。前者存在宽转速范围下开关管电压应力过大的问题,后者则存在对高频交流电整流时,谐波含量较大的问题,因此需要寻找一种新的拓扑来克服这些缺陷。Z源逆变器是一种低成本、高可靠性的拓扑结构,具有独特的升降压、允许逆变器桥臂瞬时直通等特性,能够有效地克服传统电压源型逆变器的缺点,因此有更高的传输效率、更好的经济性,从被提出以来就得到了广大学者和专家的关注与应用。本文将其应用于高速永磁同步发电系统中,并对基于Z源逆变器的高速永磁同步发电系统的并网控制进行比较完整的研究。首先,对高速永磁同步发电机以及机侧整流部分做了数学建模,通过坐标变换对其进行了解耦简化,同时还得到了发电机转速和不可控整流器输出电压之间的关系;对Z源逆变器的拓扑结构、工作状态还有工作原理进行了详细地分析,推导出了Z源网络输入电压和输出电压以及直通占空比三者之间的关系式,并在此基础上计算得到了Z源网络参数的设计公式,同时还给出了避免Z源网络工作在一种不正常状态下的网络优化方法;并对这两者做了相应的数学模型,通过坐标变换及小信号分析等方法对其进行了化简。其次,对应用于高速发电系统Z源逆变器的几种调制方法进行了详细的研究。在这几种调制方法存在不同问题的前提下,本文提出了一种新的调制方法。针对高速发电系统存在的谐波含量大、开关管电压应力大、逆变器最大调制度受到限制的这几个问题,搭建相关仿真对本文所提调制方法和其他几种调制方法进行了详细的对比,仿真结果验证了本文所提调制方法最适合于高速发电系统。最后,提出了一种满足高速发电机能在宽转速内运行、获得高质量并网电流、能够实现单位功率因数并网、具有较好动态性能的控制策略。针对高速发电系统网侧电流不稳定、谐波含量较大的问题,通过电网电压定向和前馈解耦提出对网侧电流的控制,并根据功率平衡关系提出对Z源网络电容电压的控制,构成了双闭环。本文还对高速发电系统Z源网络提出了输出电压峰值外环,电感电流内环的控制策略,通过控制Z源网络输出电压峰值来间接控制发电机的转速,令发电机转速可调,为其在宽转速范围内工作创造条件。为了验证系统的有效性和正确性,建立了对应的仿真并且组建了实验平台。