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近年来，随着大量的电力电子设备应用在整个煤矿生产的各个环节，尤其是随着大型采掘设备容量的增大，造成煤矿地面甚至是煤矿井下供电系统中的谐波和无功补偿问题越来越突出，从而造成煤矿电网电流和电压畸变，电能质量下降。在煤矿电网谐波治理与无功补偿的应用中，有源电力滤波器（APF ）是解决煤矿电网谐波和无功问题的关键设备，可以有效降低供电设备容量，稳定电网系统电压，提高供电质量，已成为煤矿电网研究的热点。 在有源滤波器的应用中，谐波电流检测与APF 电流控制策略是其核心环节，因此本文提出一种无谐波检测的APF 间接电流控制策略，该控制方法基于正弦幅值积分器的电网正序基波电压相角来获取指令电流，并能使APF 网侧功率因数为1的同时并简化系统控制结构，达到降低成本的目的，并使用MatLab 及实验平台对该控制策略进行验证。 战术防身笔
1 系统总体控制策略与指令电流获取
为了解决APF 的动态响应速度，本文提出了一种新型无谐波检测的APF 间接电流控制策略，其结构如图1所示。采用该控制策略关键是指令电流的获取，由APF 交、直流侧功率平衡理论，电网侧向负载侧提供了基波有功功率，而负载侧的无功功率、负序电流和谐波电流由APF 自身提供，可求得经过APF 补偿后的电网电流为：
(1)
式中：p l (t )为电网供给负载侧的瞬时有功功率，u PCC (t )为PCC 的
瞬时电压值，I M ,1和φ1分别为基波电流的最大值和初始相位角，ω为电网电压角频率，i s (t )为电网电流瞬时值，I s 1,ref 为APF 指令电流。
在理想条件下，经过APF 补偿后的电流应为与电网正序基波电压同相位的正弦波，因此通过式(1)即可确定电网基波电流信号，从而获得APF 指令电流。在煤矿电网中，由于电力电子设备的大量使用造成的三相电网电压不平衡问题，为了降低电网频率不稳定对APF 控制电流的影响，采用基于正弦幅值积分器检测正序电网基波电压的相位角，并采用直接分解的方法获取需要的电压相角；采用正、负序正弦幅值积分电路（SAI ）以获得正序基波电网电压，其控制原理如图2所示。将三相电网电压采用3/2
变换，得到αβ坐标系下的u sα、u sβ作为输入，将Butterworth 型LPF 和均值滤波器结合使用作为较为优化的LPF ，以达到获取良好的相位检测精度及动态响应速度的目的。
联合签名2 APF控制器的优化设计
图1所示的控制策略包括两个控制环节：电压外环以直流侧母线电压为控制对象，采用PI 控制器即可满足要求，电流内环网侧电流为被控对象，采用PI-VPI 控制器为核心，以实现对APF 控制电流的获取，在两者的共同作用下来实现对APF 控制性能的优化控制。2.1 电流内环控制器设计
由于在煤矿电网中大量谐波的存在，导致其电流信号为非标准正弦波，而PI 控制器无法实现误差跟踪，并且很难实现对高频谐波信号的调节作用，无法实现对系统负载电流的有效跟踪
基于无谐波检测有源滤波器电流控制策略研究
徐州工程学院电气与控制工程学院 王 峰上海大屯能源股份有限公司发电厂 张 寻
沼气储气罐徐州工程学院电气与控制工程学院 张旭隆 于 蕾 周文翰
图1 无谐波检测APF结构图
图2 电网正序基波电压相角检测的设计
与精确控制。在进行APF 控制时，考虑到电力电子设备引起的谐波均是奇次谐波，其频率为基波频率的6n ±1(n =1,2,3,...)倍，在基频旋转坐标系下，其每一对正负序谐波可以由一个控制器同时控制，传统方法采用比例谐振（PR ）控制器来克服PI 控制器的不足，形成有比例积分-谐振（PI-R ）控制器以实现对谐波电流的跟踪，但无法克服APF 在高次谐波处稳定裕度低以及闭环频率响应处存在尖峰脉冲的问题。
为解决上述矛盾，本文提出一种基于比例积分-并
联矢量比例积分(PI-VPI)控制器，该控制器在进行VPI 控制器设计时，如果谐振系数选择合适，以消除在闭环频率响应处的尖峰脉冲，并用VPI 控制器代替PR 控制器，其传递函数可表示为：
(2)
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式中：K P 1为PI 控制器的比例系数，K i 1为PI 控制器的积分系数，K Ph 为VPI 控制器的比例系数，K rh 为VPI 控制器的谐振系数。
图3给出了电流内环PI-VPI 控制器的结构示意图。要保证该控制器正常工作，需要将三相坐标系下的电网电流 经过3/2变换转化成旋转坐标系下的基频电流信号 。随后利用该控制器对基频电流信号进行调节与控制，使之能够跟随给定信号 的变化，其输出信号与电网电压信号进行求和，即可作为APF 的控制信号。2.2 电压外环控制器设计
电压外环控制器的主要作用就是保证电网电压的稳定，其控制参数值为：
(3)
式中：K pdc 和K idc 分别为PI
控制器的比例和积分系数。
图3 电流内环PI-VPI控制器结构
图4 K ph 不同时控制器闭环波特图对比对APF 直流侧电压进行控制，可以实现当电网负载侧出现突变引起的电网电压不稳定的问题。尤其是在电网电压不平衡的煤矿电网，通过对电压环的控制，可以改善三相电网电流的不对称程度，并能在满足谐波畸变限制的条件下尽可能的提高功率因数。2.3 系统控制器参数的选择
为了使APF 获得预期的控制效果，需要对控制器的参数进行合理优化，令
，由式(2)可以得到PI-
VPI 控制器电流环的传递函数为：
(4)
3 仿真及实验验证
3.1 系统仿真验证
为了验证该控制策略的可行性，搭建基于MatLab 的仿真实验平台，采用三相六开关APF 拓扑结构进
高硅氧布行仿真分析，采用380 V/50 Hz 电网供电，有源滤波器输出电感为1.5 mH ，电阻为37.5 mΩ，直流侧电容为4.8 mF ，负载侧等效电阻为8 Ω，系统载波频率12.5 kHz ，母线给定电压为900 V 。
图5所示给出了不同控制策略下波形，从图5中可以看出，在系统中未加入APF 时，系统电网电流波形畸变严重，为马鞍形；当采用PI 或者PI-R 电流控制策略时，电网侧电流波形明显改善，当采
用PI-VPI 控制策略时，电网侧电流波形接近正弦波，有效验证了
控制策略的有效性。
(c)使用PI-R时电网A相电流 (d)使用PI-VPI时电网A相电流
图5 不同控制策略下网侧电流对比图
由式(4)可以看出，比例系数K ph 和谐振系数K p 1的改变会影响PI-VPI 控制器的性能，而由于后者是
PI 控制器的比例系数，因此，只需要对K ph 进行改变，既可以看出其对A P F 控制性能的影响。故保持K p 1不变，令K ph 分别取值0.5、2、5，则可以得到其PI-VPI 控制器闭环特性如图4所示。由图可以看出，PI-VPI 控制器无论K ph 取值如何变化，均能获得满意的控制效果，而且值越小，系统稳定性越强。但在其作为APF 控制参数时，考虑到其动态响应能力，通常取值为1。
(a)未加APF电网A相电流 (b)使用PI时电网A相电流
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3.2 系统实验验证
搭建基于三相六开关变流器的无谐波检测APF 实验平台对其进行验证，该平台控制板采用DSP+FPG
A 架构，实现对电流、电压参数的采用与控制功能，实验参数与仿真数据一致，以A 相为例，得到图6所示实验波形。从图6中可以看出，在APF 投入系统前后，电网侧A 相电流的畸变率由22.3%降到了5.3%，基本接近正弦波；当系统突加负载时，采用基于PI-VPI 的无谐波检测APF 电流控制策略
时，能够快速跟踪负载电流的变化，系统动态响应能力快，稳定性强，能够满足煤矿电网控制要求，保证煤矿用电安全。
结束语：本文针对煤矿电网中由于电力电子设备等非线性负载的存在造成的谐波和无功问题进行探讨，采用一种基于无谐波检测有源滤波器来达到降低煤矿电网谐波，该有源电力滤波器的电流控制策略以PI-VPI 控制器为核心，直接采用电网电流作为APF 指令电流，具有系统结构简单、成本低廉的优点，并且系统整体控制性能优良。最后通过MatLab 进行仿真，并搭建相关实验平台进行验证，
仿真及实验结果证明了该电流控制策略的可行性。
江苏省产学研合作项目（BY2018079）；徐州工程学院校科研项目（XKY2017221）。
作者简介：王峰（1978—），男，河南南阳人，博士，毕业于中
国矿业大学，副教授，主要从事电力电子与电力传动方面的研究。
(b)负载突变时电网电流
(a)电网侧电流与负载侧电流
(1)补偿前 (2)补偿后
(c)补偿前后电网电流总谐波畸变率
图6 实验波形图
（上接第73页）
4 粒子算法与随机分配方法对比分析
基于粒子算法的非制式支存取优化模型充分考虑了支的使用频率和柜的剩余容积，相对于传统的随机分配方法，虽然优化算法在算法复杂度上高于随机分配方法，但是具有较大的灵活性，取过程快速响应、对仓库的空间利用率的提升都是传统算法远不能及的。如表3所示。
表3 优化结果对比分析
初始空柜数
迭代次数优化前优化后提升率/%835212.18 6.032452.0441232131.216.032445.17030317 2.070.5372.24435
101
0.77
0.0076
98.686
结论：（1）将粒子算法应用到支存取优化模型中，可以满足非制式支高效管理的要求，并且能够实现对不同使用频率
的支实现不同位置的存放，大大提高非制式支存取效率，同化石标本
时充分利用柜空余位置，实现了有限存放空间下的最大储物效率。（2）粒子算法可以大幅提高现有的非制式支管理系统的运行效率。
综上所述，粒子算法在解决非制式支的存取优化问题上有较高的实用意义，能够应用于公安非制式支管理。
作者简介：
红外线烤炉王炜（1999—），男，安徽安庆人，大学本科，现就读于苏州大学机电工程学院，专业方向为电气工程及其自动化。
田霞（2000—），女，山西朔州人，大学本科，现就读于苏州大学机电工程学院，主要研究方向为电气工程及其自动化。
邹霄贝（1999—），女，江苏泰兴人，大学本科，现就读于苏州大学机电工程学院，主要研究方向为电气工程及其自动化。
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