双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,TSMC)是一种“绿色环保”的功率变换器,具有性能优良,结构紧凑等特点,在轨道交通、电力系统、能源领域有较大的发展潜力。但是TSMC因其最大电压传输比仅为0.866,受输入侧影响较大等缺陷,在工业化中仍然得不到广泛应用。虽然许多学者相继提出改进的调制策略和拓扑结构来提高TSMC的电压传输比,但这些方法仍存在电压传输比提升不明显,拓扑结构较复杂等问题。本文介绍了Γ-Z源逆变器的拓扑结构及工作原理,分析了其特性。将Γ-Z源引入TSMC中,提出了Γ-Z源TSMC的拓扑结构,利用Γ-Z源的高升压、结构紧凑、抗干扰性强等特性,以更为经济、有效的方案解决了传统TSMC拓扑电压传输比低的问题。本文分析了Γ-Z源TSMC的工作原理,推导了其电压传输比公式,根据其工作原理提出了带直通矢量的双空间矢量调制策略,在逆变级的开关切换时刻插入直通矢量,因此逆变级无需设置死区时间;根据其升压特性分析了升压因子和调制系数的关系,优化调制系数,改善了输出波形。在MATLAB/Simulink中搭建了Γ-Z源TSMC仿真模型,通过仿真验证了所提拓扑和调制策略的可行性和有效性。最后,本文基于Γ-Z源TSMC的理论研究搭建了实验样机,详细介绍了实验样机的硬件电路及软件系统,硬件电路主要包括:输入电源、输入滤波器、Γ-Z源TSMC主电路、控制电路和驱动电路等;软件系统基于DSP+CPLD控制器实现调制算法、故障保护等功能。分析了实验结果,验证了Γ-Z源TSMC拓扑及其调制策略的正确性和可行性。