现代电网中入网电力电子设备数量以及单体功率大幅增加,这些设备的非线性、冲击性、和不平衡性将会导致电网中的电压波形与电流波形发生畸变,甚至引入各种类型的电网故障。电力电子变流器,作为负载或发电设备与现代电网的接口,提升其在电网正常以及受干扰工况下的性能对改善入网设备的工作环境和电网电能质量都有着非常重大的意义,并已成为当前研究的一个热点。与传统的整流拓扑相比,VIENNA整流拓扑因具有相对简单的功率与控制电路、良好的输入输出谐波性能和较低的功率管电压应力等优点而在工业变频器、不间断电源、有源电力滤波器和新兴的混合动力车充电站等领域得到越来越多的应用。以VIENNA整流拓扑为研究对象,本文在总结现有电网同步方法、VIENNA整流拓扑控制方法的基础上,着重研究了新型的电网受干扰时的同步方法、VIENNA整流拓扑正常工况时的控制实现与性能提升、以及电网受干扰时VIENNA拓扑的新型控制方案等关键性问题。论文内容如下：1.本文对单相、三相电网同步方法进行了研究。首先通过对单相、三相电网电压信号进行数学建模和介绍梯度下降法逼近输入信号的原理,从全新的角度系统性地论述和评价现有的单相、三相电网的电网同步技术。紧接着本文提出了一种基于正、负序解耦的电网受干扰时的直接解耦同步法(Direct Decoupled Synchronization Method, DDSM).该方法利用现有的一些单相锁相环模块对αβ轴电压分量uα、uβ中的基波正负序分量进行直接解耦,得到了三相电压的正负序基波分量。对于电网存在较严重低次谐波的情况,通过对直接解耦方法进行扩展提出了扩展直接解耦法(Expanded DDSM, EDDSM).直接解耦同步法可有效处理正负序频率不同时的情况,且可以直接从计算模块中获得正负序的幅值、相位、频率等参数。本文另外还提出了一种新型的能够产生与输入正弦信号同相位波形和正交波形的正交信号发生器(In-phase/Quadrature-phase Waveforms Generator, IQWG)。通过共用加强型锁相环(Enhanced Phase Locked Loop, EPLL)模块的参数sinφ、cosφ,对基于EPLL的双加强型锁相环法(Dual EPLL, DEPLL)和DDSM模块图进行了有效简化,得到的双加强型锁相环-正交信号发生器法(DEPLL-IQWG)和直接解耦-正交信号发生器法(DDSM-IQWG)具有良好的静态和动态性能。2.本文对正常工况时VIENNA拓扑的控制方法实现与性能提升进行了研究。本文对三相平衡电网中VIENNA整流拓扑abc自然坐标系控制方法的电压外环、电流环、中点平衡环进行了设计和实现,并针对VIENNA整流拓扑的开关特性给出了几种新型的PWM产生器结构。另外,本文还设计实现了正常工况时VIENNA整流拓扑dq同步参考坐标系的控制方法。针对VIENNA拓扑空间矢量调制技术的特殊性,设计了一种非常便于控制实现的矢量调制方法和基于对冗余开关组合持续时间进行分配的中点电位平衡方法,并进行了实验验证。3.本文对三相不平衡电网中VIENNA整流拓扑的控制方法进行了研究。以抑制直流电压纹波和有功、无功功率的纹波分量为控制目标,本文提出了一种新型的直接在abc自然坐标系下实现的VIENNA整流拓扑的不平衡控制方案Ⅰ。与传统的双坐标变换矢量控制法相比,方案Ⅰ具有如下优点：1)结合了直接解耦电网同步法(DDSM),直接从中获取正序分量、负序分量及其幅值,构成了系统的电流参考信号；2)通过直接在abc自然坐标系下给定频率为基波频率的电流环三相参考电流,非常有利于系统的跟踪实现。紧接着首次从理论上对VIENNA整流拓扑的静态工作范围进行了分析,并给出了VIENNA拓扑静态工作范围的判据,并指出当电网严重不平衡时方案Ⅰ的电流给定方法将导致系统工作于静态工作范围之外而不再适用于VIENNA拓扑的控制。以在任何不平衡工况下都能满足拓扑正常工作的需要为控制目标,本文提出了另一种新型的VIENNA拓扑自然坐标系不平衡控制方案Ⅱ。方案Ⅱ虽不能有效抑制直流电压纹波和消除有功无功功率纹波,但能满足VIENNA拓扑全范围正常工作的要求。实际应用中可以按照控制系统设计的要求对方案Ⅰ和方案Ⅱ进行取舍。所提出的方案Ⅰ与方案Ⅱ的电流给定方法可以扩展适用于其它类型并网电力电子变流器在三相不平衡电网工况下的控制。本文通过dSPACE搭建了DS1103-VIENNA整流器半实物仿真平台。通过该平台对本文所提出的新型的电网同步方法、正常工况时VIENNA拓扑的控制方法、及三相不平衡电网中VIENNA拓扑的两种控制方案进行性能测试和实验验证。