高速电机起动/发电技术可以降低系统体积重量,提高系统的功率密度和可靠性,将推动高效节能产业、分布式发电技术的发展。论文针对两级式高速低压电机起动/发电功率变换的中频PWM整流器技术、宽输入电压范围双向DC-DC变换器、小容量直流母线电容整流技术以及变换器级联时的相互影响等进行研究。论文回顾了起动/发电系统及高速电机的研究现状,分析了功率变换单元中频PWM整流技术和双向DC-DC变换器的研究热点及最新进展,归纳、总结了实际应用中的小容量直流母线电容整流技术、双向DC-DC变换器输入电流纹波以及电动运行时的直流母线电压的稳定性等典型问题。研究了三相电压型中频PWM整流器的预测直接功率控制策略。分析了高速低压电机的输出特性,建立了三相电压型PWM整流器的低频数学模型和开关函数描述的高频数学模型,根据瞬时功率理论,推导了三相电压型PWM整流器的功率模型。根据系统设计指标,计算电路参数。基于内模原理,提出一种中频三相电压型PWM整流器的预测直接功率控制策略,减少了后级功率变换器对高速电机的谐波影响。研究了一种宽输入电压范围双向四管Buck-Boost变换器的输入电压前馈控制策略。针对高速低压发电机输出电压宽幅宽频特性,整流后采用四管Buck-Boost变换器进行直流稳压。建立了电感电流连续模式下四管Buck-Boost变换器的非理想小信号模型,分析了四管Buck-Boost变换器不同工作模式的暂态特性与变换器参数的关系,研究了输入输出参数变化以及右半平面零点对控制系统稳定性的影响,给出电压模式控制系统参数的最佳设计方法,提出一种输入电压前馈控制策略,抑制了输入电压对输出电压的扰动。研究了小容量直流母线电容的三相电压型中频PWM整流器的负载功率前馈控制策略。基于瞬时功率理论,分析了 PWM整流系统的有功功率和无功功率的流向,在dq坐标系下,研究了PWM整流器的滤波电容容量与线路等效阻抗、母线电压幅值和负载功率之间的关系。针对小容量直流母线电容系统的不稳定问题,提出基于负载功率前馈的预测直接功率控制策略,实现了小电容系统的可靠运行。研究了起动/发电系统恒速电动运行时前级DC-DC变换器输入低频纹波的抑制方法。以四管Buck-Boost变换器为研究对象,分别分析了电压控制和电压电流双闭环控制时二次纹波电流的传播机理。基于无源滤波的阻抗匹配原理,在中间母线环节加入LC无源调谐滤波器,提供了零阻抗支路,避免了脉动电流向前级传递。基于电流反向增益传递函数Ai(s)=iin(s)/io(s),提出一种在平均电流控制的外环加入陷波器的有源控制方案,有效抑制了输入电流的低频纹波。论文提出一种提高级联系统直流母线电压稳定性的电机优化控制策略。建立了高速电机的最大转矩电流比控制的数学模型,推导了两级式起动/发电变换器直流侧输入阻抗,基于阻抗匹配判据,分析了两级变换器系统的稳定性,在电机电压的dq分量中补偿直流母线电压的波动,提高了系统稳定裕度,在不增加额外硬件和不改变控制结构的情况下提高了直流母线稳定性。论文进行了大量的仿真和实验,研粉结果表明了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。本文的研究结果为高速电机起动/发电系统的设计和优化提供了有价值的参考。