PWM整流器由于结构简单、可靠性高、能量可以双向流动,是AC-DC应用场合首选方案,同时由于具有网侧功率因数高、电流谐波小等优势,在新能源发电、铁路牵引供电系统等领域都得到了广泛应用。本文针对电压型单相PWM整流器的相关问题进行研究,由于单相PWM整流器中存在一些交流时变量,不利于直接进行控制系统设计,因此本文建立了一种基于电网电压定向的两相旋转坐标系(d-q轴系)下的数学模型,在此基础上,设计了一种电流内环-电压外环的控制策略。由于电网电压含有丰富的谐波,严重影响电压相位的检测精度,因此,本文采用了一种网侧电压基波分量离散提取方法;同时,针对网侧电流虚拟分量无法直接采样的问题,本文采用了一种无锁相环的数字式检测方法。在理论研究的基础上,本文通过MATLAB/SIMULINK对整流器进行了软件仿真,在MATLAB的SIMULINK仿真环境中搭建了整流器的拓扑、基于电网电压定向的控制模型、二阶谐振滤波器的离散模型、以及电网电流正交虚拟分量的离散检测模型,分别在稳态工况、动态工况、负载突增、负载突减、及半载条件下进行仿真,同时,在引入二阶谐振滤波器和不引入二阶谐振滤波器两种条件下进行了仿真对比,验证所提出的电压基波提取方法对电网电压谐波的抑制效果,并搭建了实验平台,给出了硬件电路的主体设计原理、主电路的参数设计过程以及相应的软件设计的框架流程,仿真与实验结果均表明,在不同负载下,单相PWM整流器输出电压均能够精确跟随给定,且动态性能良好,网侧电流与电动势保持单位功率因数运行,证明了本文提出的电流检测方法、电压基波提取方法及控制策略的可行性与正确性。