三相PWM整流器具有网侧电流正弦化、功率因数高、直流侧电压可调和能量双向传输等优良性能,在交流电机传动、电能质量控制、可再生能源并网等领域得到了广泛应用。在实际电力系统中,电网不平衡现象时常发生,这给PWM整流器安全稳定运行提出了较大挑战。电网不平衡时三相PWM整流器传统拓扑结构由于控制自由度有限,难以实现交流侧控制性能(三相电流对称且正弦化)和直流侧控制性能(直流侧电压稳定无二次谐波)的兼顾。有鉴于此,本文提出一种基于有源功率解耦技术的三相电压型PWM整流器拓扑结构,并给出了直接电流控制策略和模型预测控制策略两种实现方案。本文首先建立了有源功率解耦型三相PWM整流器主电路和有源功率解耦电路的数学模型。在所建模型基础上,推导得出电网不平衡时三相PWM整流器的交直流侧功率方程,分析了此时系统控制自由度受限的问题,进而阐释了有源功率解耦电路引入的必要性。此外,本文还分析了有源功率解耦电路可实现PWM整流器不平衡工况下交流侧和直流侧性能兼顾的工作原理。针对三相PWM整流器的主电路和有源功率解耦电路,本文从二者独立控制和统一化控制两个角度,分别设计了直接电流控制策略和模型预测控制策略。直接电流控制策略在两相同步旋转坐标系下进行设计,主电路工作于交流侧负序电流抑制控制方式,有源功率解耦电路工作于直流侧二次谐波电压抑制控制方式,该方案可在幅值不平衡工况下实现整流器交流侧和直流侧性能的兼顾。为提高控制算法集成度,本文进一步提出了基于模型预测控制的整流器主电路和有源功率解耦电路统一化控制策略,将交流侧和直流侧的控制目标统一描述在同一个目标函数之中,简化了系统实现。由于该控制策略在两相静止坐标系下进行设计,因此在幅值和相位不平衡条件下均可实现交流侧和直流侧性能的兼顾。此外,本文还建立了3kVA有源功率解耦型PWM整流器实验平台,完成了主电路/有源功率解耦电路、控制电路以及交流侧/直流侧电压电流检测电路的设计,并进行了单元测试实验,为后续实验研究奠定了良好基础。本文仿真实验结果表明,所提出的有源功率解耦型三相PWM整流器及相应控制策略,可实现整流器的高功率因数运行(每相功率因数0.95以上,电流THD小于5%),并且在单相电压跌落、两相电压跌落和相位不平衡等多种电网不平衡工况下,均可实现三相电流对称/正弦化与直流侧电压稳定无二倍频波动的兼顾,提高了PWM整流器在复杂工况下的运行性能和工作稳定性。