单相电压型PWM整流器(VSR)具有能量双向流动和高功率因数的优点,广泛应用于包括清洁能源发电系统、电能补偿装置在内的各种单相并网装置中。为了获得更优异的性能,国内外专家学者已经提出了多种控制策略,在这些控制策略中,基于旋转坐标系中采用的控制策略,由于能对有功和无功分量进行独立控制,得到了广泛的应用,但这类控制策略均需要虚构与并网电流和电网电压相正交的电流和电压分量且该类控制系统算法一般较为复杂。由于单相VSR自身的缺陷,其输出直流母线不可避免存在二倍电网频率的谐波分量,该二次谐波分量严重地影响了整流器系统的动态性能和稳态性能,降低了系统的功率密度,严重时还可能造成并网电流畸变。针对以上问题,本文以单相VSR中的经典矢量控制策略为研究对象。首先通过控制结构等效变换的方法,将旋转坐标下的单相VSR数学模型转换到静止坐标系下,构建了静止坐标系下单相VSR虚拟电流控制策略的归一化模型,分析该模型与传统比例谐振(PR)控制模型的差异;同时对归一化模型下的虚拟电流控制策略进行优化设计,提出控制器参数配置准则,优化系统的动态及稳态性能。搭建仿真及硬件实验平台从实践的角度验证模型及算法的可行性。其次,针对直流母线二次纹波的问题,本文通过并联有源电力滤波器的方法来补偿二次谐波。针对补偿回路,本文利用李雅普诺夫理论,设计电压、电流控制器,确保补偿回路直流侧电压的稳定及补偿电感对二次谐波电流的准确跟踪,通过补偿回路向直流母线注入二次纹波抑制直流母线电压波动。在Matlab/Simulink搭建仿真模型验证了理论分析的准确性。在本文的最后,对单相VSR的硬件电路设计及控制策略在DSP芯片中的实现进行了说明。