VIENNA整流器作为一款三电平功率变换器,具有输入电流谐波小、无死区和结构简单等优点,一直被应用于中大功率场合如通讯、航空以及新能源领域。特别是随着化石能源的日益枯竭和电动汽车的普及,VIENNA整流器作为直流充电桩重要的组成部分,越来越受到重视。但是整流器的开关管长期处于高频率,高负荷工作状态,易发生故障,严重影响了系统可靠性。因此,研究VIENNA整流器的开关管故障辨识与容错运行具有重要意义。本文以基于单周期控制的VIENNA整流器为研究对象,推导VIENNA整流器在三相静止坐标系下的数学模型,计算基于单周期控制的VIENNA整流器的核心方程,并分析其中点电压平衡特性。对输入滤波电感参数、直流侧电容参数、采样调理电路和驱动电路进行设计,搭建VIENNA整流器的仿真模型和实验样机,并对其进行功能性测试,达到了预期效果,为后续研究提供了实验条件。探究开关管开路故障对VIENNA整流器工作特性的影响,发现单管开路故障零值平台有无尖峰是由升压比决定的,并推导临界升压比值,分析归纳不同开路故障时输入电流的特性。发现开关管开路故障会使输出电压纹波系数增大,其中单管开路、异相异侧双管开路和异相同侧双管开路会破坏整流器的中点电压平衡。发现开关管开路故障易导致非故障开关管结温最值和结温波动增加,降低了整流器的可靠性。利用电流矢量旋转频率实现对故障发生时刻的快速判定。分析输入电流数据,发现电流峭度和均值共同构建的故障特征量,能有效表征不同开路故障模式。从数据驱动角度出发,提出基于BA-BP神经网络的多管开路故障辨识方法,并通过仿真验证该方法的有效性。分析不同单管开路故障模式下电流角度特征,提出基于瞬态电流角度的单管开路故障快速在线辨识方法,通过仿真和实验共同验证该方法的有效性和快速性,其中实验表明辨识程序与控制程序能相互兼容,可植入整流器自带的控制芯片中实现在线辨。对传统的VIENNA整流器拓扑进行了改进,结合上述辨识方法,给出容错运行方案,仿真表明该拓扑能够实现容错运行,有助于提高整流器的可靠性。