混合变压器(Hybrid Transformer)是一种将传统变压器与AC-AC变换器相结合的新型拓扑结构。混合变压器在通过传统变压器实现电网能量传输的同时借助AC-AC变换器实现对电流、电压以及有功、无功功率的控制,因此可省去如动态电压补偿器、静止同步补偿器等其他电能治理设备。双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,简称TSMC)是一种“绿色经济”的AC-AC变换器,具有结构紧凑、输入输出正弦、功率因数可调等诸多优点。本文将TSMC引入到混合变压器中,提出了一种基于TSMC的混合变压器(简称TSMC混合变压器)拓扑。该拓扑在继承了目前现有混合变压器优点与功能的同时,解决了其电路结构不紧凑、调制策略复杂等问题。TSMC混合变压器可应用到输配电、工业生产等诸多领域中,具有广泛的应用前景和研究价值。本文首先阐述了电压跌落的治理措施以及混合变压器的研究现状,列举了混合变压器的主要拓扑结构并对其优缺点进行了简单分析。其次,提出了TSMC混合变压器拓扑结构,对TSMC混合变压器的工作原理与调制策略进行了详细介绍,推导了拓扑的电压增益与负载电压取值范围,搭建了TSMC实验平台验证了TSMC的调制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真实验验证了TSMC混合变压器拓扑结构与其调制策略的正确性与可行性。然后,针对TSMC混合变压器补偿跌落电压的功能,提出了一种基于模型预测控制的TSMC混合变压器负载电压控制策略,详细介绍了数学模型、离散状态空间模型、预测值以及代价函数的设计过程,并通过MATLAB/Simulink对预测电压控制算法进行了仿真验证,实验结果证明了模型预测控制能使系统快速的补偿跌落电压。最后,针对TSMC混合变压器控制功率的功能,提出了一种基于模型预测控制的TSMC混合变压器功率控制策略,详细介绍了功率控制算法的原理与设计过程,通过MATLAB/Simulink对控制算法进行了仿真验证,实验结果证明了控制算法的正确性。