一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置

技术领域

本公开涉及矿用仪器仪表及煤矿安全技术领域，尤其涉及一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置。

背景技术

煤矿井下供电系统电压质量通常用稳定性、对称性及正弦性等指标衡量，随着井下采煤机、皮带运转机等负载非线性负荷大量接入井下电网系统，造成输电系统缺乏及时的无功调节，使井下电网供电质量受到严重影响，导致输电系统的稳定性降低、电压偏低、电压波动及闪变、甚至电网崩溃。功率因数低增加电网损耗、加大生产成本、降低生产率、产生大量谐波电流等一系列问题。因此，研究适合于煤矿低压供电系统的无功补偿和谐波抑制的高效理论算法和装置，提高煤矿井下低压供电系统功率因数和电压稳定性，抑制有害谐波，对煤矿井下电网的安全运行、延长设备使用寿命具有重要意义。

近年来，无功补偿设备不断发展，应用较广泛的无功补偿设备主要有同步调相机(SC)、机械式分组投切电容器(MSC)、晶闸管分组投切电容器(TSC)、晶闸管控制电抗器(TCR)+固定电容器组(FC)等。SC运行成本高且响应速度慢，不易制造成防爆电器。MSC和TSC技术无法对系统变化快速跟踪补偿，不适应煤矿生产设备启停频繁、负荷变化大的特点，还容易产生谐振，不利于在井下环境使用。TCR+FC技术会产生较大谐波污染，而且只能提供容性无功，电压支撑能力较差。

静止无功发生器(SVG)是煤矿行业无功补偿设备的发展趋势，它具有调节范围宽、控制方式灵活、高次谐波少、响应速度快、体积小、安全可靠等技术特点，更适于在矿井工作环境中使用，但是SVG不具备谐波的实时测量、采集、分析和抑制功能，不能在复杂的电磁环境中使用。

发明内容

本公开提供了一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置，主要目的在于实现对煤矿井下低压电网的动态无功补偿和谐波抑制。

根据本公开的一方面，提供了一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置，包括：

电压空间矢量脉宽调制控制器，用于获取交流电网输入的至少一相交流电压以及非线性负载对应的至少一相初始负载电流，并基于dp坐标系，根据所述至少一相交流电压和所述至少一相初始负载电流确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号，其中，所述交流电压和所述初始负载电流一一对应；

逆变单元，所述逆变单元包括至少两个开关，所述至少两个开关的控制端与所述电压空间矢量脉宽调制控制器的输出端连接，所述逆变单元用于根据所述至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号对所述至少两个开关的通断状态进行控制，得到至少一相补偿电流；其中，所述至少一相补偿电流用于对所述交流电网输入的至少一相交流电流进行无功补偿得到所述非线性负载对应的至少一相目标负载电流，所述电压空间矢量脉宽调制脉冲信号与所述开关一一对应，所述补偿电流、所述初始负载电流、所述交流电流以及所述目标负载电流一一对应。

可选的，所述逆变单元包括至少一个储能电容、自换相桥式电路和至少一个滤波电感，所述自换相桥式电路包括所述至少两个开关；其中，

所述至少一个储能电容的第一端分别与所述自换相桥式电路的至少一个直流正极和所述电压空间矢量脉宽调制控制器的输入端连接，所述至少一个储能电容的第二端与所述自换相桥式电路的至少一个直流负极连接；

所述自换相桥式电路的至少一相交流端分别与所述至少一个滤波电感的第一端连接，用于根据所述至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号对所述至少两个开关的通断状态进行控制，得到至少一相补偿电压；

所述至少一个滤波电感的第二端分别与所述交流电网的输出端和所述非线性负载的输入端连接，用于根据所述至少一相补偿电压确定至少一相补偿电流。

可选的，所述自换相桥式电路包括至少一个自换相桥式子电路，所述自换相桥式子电路、所述储能电容和所述滤波电感一一对应，所述自换相桥式子电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；其中，

所述第一开关的第一端分别与所述第三开关的第一端和所述储能电容的第一端连接，所述第一开关的第二端分别与所述第二开关的第一端和所述滤波电感的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，所述第二开关的第二端分别与所述第四开关的第二端和所述储能电容的第二端连接；

所述至少一个自换相桥式子电路中所有自换相桥式子电路中的第三开关的第二端和所述第四开关的第一端连接至同一连接点。

可选的，所述电压空间矢量脉宽调制控制器，用于基于dp坐标系，根据所述至少一相交流电压和所述至少一相初始负载电流确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号时，具体用于：

控制锁相环将所述至少一相交流电压与目标相位电压分别进行比较，得到dp变换矩阵；

根据所述dp变换矩阵对所述至少一相初始负载电流进行dp变换，得到所述至少一相初始负载电流对应的目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流；

根据所述dp变换矩阵对所述目标d轴分量电流、所述目标q轴分量电流以及所述目标零轴分量电流进行dp反变换，得到至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号。

可选的，所述电压空间矢量脉宽调制控制器，用于根据所述dp变换矩阵对所述至少一相初始负载电流进行dp变换，得到所述至少一相初始负载电流对应的目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流时，具体用于：

根据所述dp变换矩阵对所述至少一相初始负载电流进行dp变换，得到所述至少一相初始负载电流对应的初始d轴分量电流、初始q轴分量电流以及初始零轴分量电流；

控制低通滤波器滤除所述初始d轴分量电流中的基波分量，得到滤波后的d轴分量电流；

将所述储能电容对应的电容电压输入至PI控制器，得到d轴分量电流调节值；

根据所述d轴分量电流调节值对所述滤波后的d轴分量电流进行调节，得到目标d轴分量电流。

确定所述初始q轴分量电流为目标q轴分量电流，确定所述初始零轴分量电流为目标零轴分量电流。

可选的，所述电压空间矢量脉宽调制控制器，用于根据所述dp变换矩阵对所述目标d轴分量电流、所述目标q轴分量电流以及所述目标零轴分量电流进行dp反变换，得到至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号时，具体用于：

根据所述目标d轴分量电流、所述目标q轴分量电流以及所述目标零轴分量电流，确定d轴分量电压、q轴分量电压以及零轴分量电压；

根据所述dp变换矩阵对所述d轴分量电压、所述q轴分量电压以及所述零轴分量电压进行dp反变换，得到至少一相电压参考值；

根据储能电容对应的电容电压以及所述至少一相电压参考值，确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号。

可选的，所述电压空间矢量脉宽调制控制器，用于根据所述dp变换矩阵对所述目标d轴分量电流、所述目标q轴分量电流以及所述目标零轴根据电容电压以及所述至少一相电压参考值，确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号时，具体用于：

根据电容电压以及所述至少一相电压参考值，得到至少一个扇区相邻两非零矢量作用时间，其中，所述扇区相邻两非零矢量作用时间与所述电压参考值一一对应；

根据所述扇区相邻两非零矢量作用时间和偏离时间阈值，确定所述至少两个开关的导通时间；

根据所述至少两个开关的导通时间，确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号。

可选的，所述交流电网为三相交流电网。

可选的，所述开关为可关断电力电子器件。

可选的，所述可关断电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管。

在本公开一个或多个实施例中，该面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置，包括电压空间矢量脉宽调制控制器，用于获取交流电网输入的至少一相交流电压以及非线性负载对应的至少一相初始负载电流，并基于dp坐标系，根据至少一相交流电压和至少一相初始负载电流确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号，其中，交流电压和初始负载电流一一对应；逆变单元，逆变单元包括至少两个开关，至少两个开关的控制端与电压空间矢量脉宽调制控制器的输出端连接，逆变单元用于根据至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号对至少两个开关的通断状态进行控制，得到至少一相补偿电流；其中，至少一相补偿电流用于对交流电网输入的至少一相交流电流进行无功补偿得到非线性负载对应的至少一相目标负载电流，电压空间矢量脉宽调制脉冲信号与开关一一对应，补偿电流、初始负载电流、交流电流以及目标负载电流一一对应。因此，通过检测电网电压和电流信号，采用基于dp坐标系的SVPWM控制技术，控制逆变单元中开关的通断状态来控制补偿电流(补偿感性或容性电流)，因此，可以吸收或者发出满足要求的无功电流，可以实现动态无功补偿。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1为本公开实施例所提供的一种传统电压空间矢量及扇区分布图；

图2为本公开实施例所提供的第一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置的结构示意图；

图3为本公开实施例提供的基于dp坐标系的电压空间矢量及扇区分布图；

图4为本公开实施例所提供的一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置的等效电路图；

图5为本公开实施例所提供的第二种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置的结构示意图；

图6为本公开实施例所提供的逆变单元的结构示意图；

图7为本公开实施例所提供的电压空间矢量脉宽调制控制器的拓扑结构图；

图8为本公开实施例所提供的电压空间矢量脉宽调制控制器的等效电路图；

图9为本公开实施例所提供的MLFNN谐波测量电路；

图10为本公开实施例所提供的改进后的MLFNN谐波测量电路。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

根据一些实施例，正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

空间矢量控制最初是由在交流电机调速中提出的磁通轨迹控制思想演变而来，在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse WidthModulation，SVPWM)的概念。SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使平均值与给定的电压矢量相等。SVPWM相对载波调制法而言，其直流电压利用率提高了15.47％，因此其开关损耗小，同时输出电压谐波含量低以及硬件电路简单等优点。

SVPWM也应用到了有源电力滤波器(Active power filter，APF)的控制策略中。传统的SVPWM控制算法中，传统的对称三相电压瞬时值采用下式确定：

其中，u

三相电压合成电压矢量u

其电压空间矢量及扇区分布如图1所示，由此可知，传统的SVPWM控制要求复杂的三角函数计算和扇区判断，因此，SVPWM在APF控制策略应用中受到了限制。

下面结合具体的实施例对本公开进行详细说明。

图2为本公开实施例所提供的第一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置的结构示意图。

如图2所示，该面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置，包括：

电压空间矢量脉宽调制控制器，用于获取交流电网输入的至少一相交流电压以及非线性负载对应的至少一相初始负载电流，并基于dp坐标系，根据至少一相交流电压和至少一相初始负载电流确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号，其中，交流电压和初始负载电流一一对应；

逆变单元，逆变单元包括至少两个开关，至少两个开关的控制端与电压空间矢量脉宽调制控制器的输出端连接，逆变单元用于根据至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号对至少两个开关的通断状态进行控制，得到至少一相补偿电流；其中，至少一相补偿电流用于对交流电网输入的至少一相交流电流进行无功补偿得到非线性负载对应的至少一相目标负载电流，电压空间矢量脉宽调制脉冲信号与开关一一对应，补偿电流、初始负载电流、交流电流以及目标负载电流一一对应。

根据一些实施例，电压空间矢量脉宽调制控制器可以通过电网电压及电流采集模块获取交流电网输入的至少一相交流电压以及至少一相交流电流。

在一些实施例中，电压空间矢量脉宽调制控制器采用基于dp坐标系的SVPWM电流控制法，其电压空间矢量及扇区分布如图3所示，因此，可以无需复杂的三角函数计算和扇区判断，可以克服传统SVPWM的缺点。

易于理解的是，本公开提供的装置，通过检测电网电压和电流信号，采用基于dp坐标系的SVPWM控制技术，控制逆变单元中开关的通断状态来控制补偿电流(补偿感性或容性电流)，因此，可以吸收或者发出满足要求的无功电流，可以实现动态无功补偿。同时，该装置具有对被补偿设备无功功率进行跟踪补偿功能，动态响应性能好，具有单独自动补偿无功功能(SVG功能)、单独自动补偿终端电压功能(电压补偿功能)以及多种无功补偿方式可对被补偿设备进行多样化补偿。

在一些实施例中，SVG功能中，在补偿能力范围内，补偿后功率因数可达到0.95以上。

在一些实施例中，电压补偿功能中，在额定补偿能力(253A)范围内，补偿后终端电压可达到电压设定值，可提高供电系统的电压稳定性。

在一些实施例中，多种无功补偿方式中，可以根据现场实际情况，采用集中补偿、区域补偿、就地补偿(终端补偿)多种方案。对井下用电设备无功功率进行动态跟踪无功补偿。除单台分组补偿外，可以多台并联使用，也可以与上级供电系统无功功率补偿设备组成多级补偿，形成覆盖整个井下供电系统的无功功率补偿网络。

可选地，在本公开的一个实施例中，逆变单元包括至少一个储能电容、自换相桥式电路和至少一个滤波电感，自换相桥式电路包括至少两个开关；其中，

至少一个储能电容的第一端分别与自换相桥式电路的至少一个直流正极和电压空间矢量脉宽调制控制器的输入端连接，至少一个储能电容的第二端与自换相桥式电路的至少一个直流负极连接；

自换相桥式电路的至少一相交流端分别与至少一个滤波电感的第一端连接，用于根据至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号对至少两个开关的通断状态进行控制，得到至少一相补偿电压；

至少一个滤波电感的第二端分别与交流电网的输出端和非线性负载的输入端连接，用于根据至少一相补偿电压确定至少一相补偿电流。

根据一些实施例，由于面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置正常工作时就是通过开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波时面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置可以等效地被视为幅值和相位均可控的与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上。

根据一些实施例，图4为本公开实施例所提供的一种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置的等效电路图。如图4所示，面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置输出的交流电压分别用相量Us和U

在一些实施例中，如图4(a)所示，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗以及变流器的损耗，因此不必从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使U

在一些实施例中，如图4(b)所示，当U

可选地，在本公开的一个实施例中，图5为本公开实施例所提供的第二种面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置的结构示意图。如图5所示，交流电网为三相交流电网，逆变单元包括三个储能电容、自换相桥式电路和三个滤波电感，通过该三个滤波电感，逆变单元可以在公共耦合点处与非线性负载并联。其中，电压空间矢量脉宽调制控制器可以根据输入的三相交流电压(Vsa、Vsb、Vsc)以及三相初始负载电流(iLa、iLb、iLc)以及储能电容输入的电容电压Vdc确定自换相桥式电路中6个开关对应的六个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号S1、S2、S3、S4、S5、S6。接着，根据S1、S2、S3、S4、S5、S6对自换相桥式电路中6个开关的通断状态进行控制，可以得到三相补偿电压(Vfa、Vfb、Vfc)。最后，通过该三个滤波电感可以减少由开关动作产生的纹波，得到三相补偿电流(ifa、ifb、ifc)。

在一些实施例中，该滤波电感可以为电抗器。

在一些实施例中，根据该三相补偿电流(ifa、ifb、ifc)与交流电网输入的三相交流电流(isa、isb、isc)进行无功补偿，可以根据下式得到非线性负载对应的三相目标负载电流(i

在一些实施例中，当得到三相目标负载电流时，可以将该三相目标负载电流作为新的三相初始负载电流进行动态无功补偿和谐波抑制。

根据一些实施例，该逆变单元可以为具有电流控制器的电压源型PWM逆变器，具有电流控制器的电压源型PWM逆变器可以抑制谐波电流。通过电压空间矢量脉宽调制控制器用于产生开关导通、关断信号。此外，SVPWM不需要三角波发生电路，更适合于数字化控制电路的实现。

可选地，在本公开的一个实施例中，自换相桥式电路包括至少一个自换相桥式子电路，自换相桥式子电路、储能电容和滤波电感一一对应，自换相桥式子电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；其中，

第一开关的第一端分别与第三开关的第一端和储能电容的第一端连接，第一开关的第二端分别与第二开关的第一端和滤波电感的第一端连接，第三开关的第二端与第四开关的第一端连接，第二开关的第二端分别与第四开关的第二端和储能电容的第二端连接；

至少一个自换相桥式子电路中所有自换相桥式子电路中的第三开关的第二端和第四开关的第一端连接至同一连接点。

根据一些实施例，图6为本公开实施例所提供的逆变单元的结构示意图。如图6所示，交流电网为三相交流电网，该逆变单元中的自换相桥式电路包括三个自换相桥式子电路，每个自换相桥式子电路均包括四个开关Q1、Q2、Q3、Q4。每个自换相桥式子电路中的第三开关Q3的第二端和第四开关Q4的第一端连接至同一连接点O2。

在一些实施例中，开关为可关断电力电子器件。可关断电力电子器件可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

易于理解的是，本公开提供的装置，通过检测电网电压和电流信号，采用基于dp坐标系的SVPWM控制技术，利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT)组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，控制IGBT的通断来控制逆变单元输出的交流电压，即改变连接电网电抗器上的电压，从而控制SVG补偿感性或容性电流，实现动态无功补偿的目的。

可选地，在本公开的一个实施例中，电压空间矢量脉宽调制控制器，用于基于dp坐标系，根据至少一相交流电压和至少一相初始负载电流确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号时，具体用于：

控制锁相环PLL将至少一相交流电压与目标相位电压分别进行比较，得到dp变换矩阵；

根据dp变换矩阵对至少一相初始负载电流进行dp变换，得到至少一相初始负载电流对应的目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流；

根据dp变换矩阵对目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流进行dp反变换，得到至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号。

可选地，在本公开的一个实施例中，电压空间矢量脉宽调制控制器，用于根据dp变换矩阵对至少一相初始负载电流进行dp变换，得到至少一相初始负载电流对应的目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流时，具体用于：

根据dp变换矩阵对至少一相初始负载电流进行dp变换，得到至少一相初始负载电流对应的初始d轴分量电流、初始q轴分量电流以及初始零轴分量电流；

控制低通滤波器滤除初始d轴分量电流中的基波分量，得到滤波后的d轴分量电流；

将储能电容对应的电容电压输入至PI控制器，得到d轴分量电流调节值；

根据d轴分量电流调节值对滤波后的d轴分量电流进行调节，得到目标d轴分量电流。

确定初始q轴分量电流为目标q轴分量电流，确定初始零轴分量电流为目标零轴分量电流。

可选地，在本公开的一个实施例中，电压空间矢量脉宽调制控制器，用于根据dp变换矩阵对目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流进行dp反变换，得到至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号时，具体用于：

根据目标d轴分量电流、目标q轴分量电流以及目标零轴分量电流，确定d轴分量电压、q轴分量电压以及零轴分量电压；

根据dp变换矩阵对d轴分量电压、q轴分量电压以及零轴分量电压进行dp反变换，得到至少一相电压参考值；

根据储能电容对应的电容电压以及至少一相电压参考值，确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号。

可选地，在本公开的一个实施例中，根据电容电压以及至少一相电压参考值，确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号，包括：

根据电容电压以及至少一相电压参考值，得到至少一个扇区相邻两非零矢量作用时间，其中，扇区相邻两非零矢量作用时间与电压参考值一一对应；

根据扇区相邻两非零矢量作用时间和偏离时间阈值，确定至少两个开关的导通时间；

根据至少两个开关的导通时间，确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号。

根据一些实施例，图7为本公开实施例所提供的电压空间矢量脉宽调制控制器的拓扑结构图。如图7所示，交流电网为三相交流电网，三相初始负载电流(iLa、iLb、iLc)可以根据下式通过dq变换分离出初始d轴分量电流iLq、初始q轴分量电流iLd以及初始零轴分量电流iL0：

根据一些实施例，图8为本公开实施例所提供的电压空间矢量脉宽调制控制器的等效电路图。如图8所示，R

在一些实施例中，旋转坐标系下的电流、电压方程为：

上式中，通过对负载电流和公共耦合点电压的控制，可以产生V

其中，通过dq反变换得公共耦合点(PCC)的电压参考值如下：

为了从APF的相电压直接获得开关动作时间，利用上式V

另外，由于有效时间T

T

T

T

可选地，在本公开的一个实施例中，本公开实施例提供的面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置还可以基于并联型有源电力滤波器技术，并联型有源电力滤波器也称为SAPF，它能既补偿一定量的无功功率又能对谐波进行有效可靠的抑制，它是通过其自身的检测电路先检测出电路中的谐波电流亦是其要补偿的电流信号，再由并联型有源电力滤波器装置本身发出一个与此信号方向相反、大小相等的电流并输入到电网中，与已经存在的电力系统谐波进行相互抵消，以提高电网的电能治疗，减少基波含量，实现谐波抑制。其在谐波抑制方面的主要优点是补偿方便，甚至能够对特定频次的谐波进行有效补偿。

根据一些实施例，还可以在有源滤波器的基础上，结合神经网络(BackPropagation，BP)技术。BP是一种多层前向神经网络,是目前研究较多的ANN,其理论和算法都相对较为成熟,尤其它能实现从输入到输出的任意非线性映射。电网中的被测量是由基波和各次谐波所构成的非正弦周期波形，因此可将BP神经网络应用于电力系统，可以实现谐波的实时测量。

在一些实施例中，可以根据实际应用场合选择合适的网络结构,采用合理的样本对网络进行充分的训练后，将已带记忆的网络施加上待测量的采样数据后，网络就能实时地测量多种谐波信息。

根据一些实施例，多层前向神经网络(MLFNN)是研究较多的人工神经网络，其理论、实践和算法都较为成熟,尤其能实现从输入到输出的任意非线性映射。图9为本公开实施例所提供的MLFNN谐波测量电路。如图9所示，整个网络分为3层:输入层、隐层、输出层,此网络可以用于监测畸变波形中的谐波。但仿真结果研究表明,其测量精度不高,效果不理想。原因是其输出的谐波都和同一个神经网络隐含层相连接,输出层和隐含层之间的连接权对畸变波形中的所有待测量的谐波都要给出最佳值,记忆负担太重,必然会使待测量的谐波相互影响。如果使每一个待测量的谐波分别对应一个隐层,即都有自己的隐含层,一个隐含层只负责记忆自己所对应的那个谐波的隐含映射关系,那么将会较好地克服由于一个隐含层带来的电力谐波之间相互影响的问题。基于这种思想,构成MLFNN谐波测量电路时,应使每一个输出神经元都对应自己的隐含层(根据需要也可以是多个隐层),相当于有多个结构类似的MLFNN,有多少个待测量谐波就对应多少个MLFNN。

在一些实施例中，本公开在对图9所示的MLFNN谐波测量电路进行改进，图10为本公开实施例所提供的改进后的MLFNN谐波测量电路。如图10所示，电网中的电压信号主要是奇次谐波,谐波次数越高,该成分所占的比重越小。为了实现可靠监测和减小网络的复杂性,输入的样本首先通过带通滤波器滤掉输入信号的基波及更高次谐波的信号。

易于理解的是，本公开采用BP神经网络无功检测技术、SVPWM算法的无功补偿技术、SAPF技术实现对被补偿电网有害谐波的实时测量、分析和抑制。在有源滤波器的基础上，结合基于BP神经网络的无功检测技术，不仅能监测电力系统中典型的非线性负荷所产生的奇次谐波，还能监测偶次谐波；结合SVPWM算法的无功补偿技术，对谐波检测不仅响应快、精度高，而且能应对平衡性扰动和不平衡性扰动，同时维持直流侧电压的稳定和中点电压平衡，有效抑制被补偿电网的谐波。

可选地，在本公开的一个实施例中，本公开提供的装置还具有被补偿电网电能质量数据分析、存储、显示、上传功能，无功补偿和谐波抑制装置可以对采集的信息进行数据分析，进而对被补偿电网进行无功补偿和谐波抑制，并就地进行数据存储和显示，也可以将数据通过井下环网传入上位机，便于上位机监控电网无功补偿和谐波抑制效果。

可选地，在本公开的一个实施例中，本公开提供的装置还具有过流、短路、过压、欠压、缺相、三相不平衡、风机故障以及超温等软硬件保护功能。

可选地，在本公开的一个实施例中，本公开提供的装置可以采用先进的DSP控制技术，静止无功发生器控制核心可以采用浮点型DSP TMS320F28335，运算速度快；采用16位高精度AD采样芯片，采样精度高，使对无功功率的计算更加精确，动态跟踪补偿性能更加优越。

可选地，在本公开的一个实施例中，本公开提供的装置可以采用防爆设计和电磁兼容设计，可应用于煤矿井下存在瓦斯、煤尘爆炸性气体混合物和电磁环境复杂等恶劣环境中。

易于理解的是，本公开提供的装置与传统的煤矿用静止无功发生器相比，集先进的BP神经网络无功检测技术、SVPWM算法的无功补偿技术、SAPF技术、数字控制技术、模糊控制理论、DSP技术以及热管自冷散热技术于一体，由DSP控制器控制，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)作为功率输出器件，自动化程度高，技术领先。能够解决井下采煤机、皮带运转机等负载造成的井下供电系统功率因数低、谐波THD高等问题。为煤矿安全生产提供安全、高效、节能的自动化控制装备。另外，由于采用了最新的BP神经网络技术和SVPWM技术，解决了无功损耗大的问题，且接线简单，同时具有电网电能质量进行监测和分析、对电网谐波进行抑制、功能全面、成本低，功耗低，响应速度快，实时性好、抗干扰、运行可靠、容易与煤矿数字化信息网络联网等特点。解决煤矿瓦斯监测存在的技术难题，满足煤矿需求，有市场竞争优势。

综上，本公开实施例提供的面向煤矿低压电网的动态无功补偿和谐波抑制装置，包括：电压空间矢量脉宽调制控制器，用于获取交流电网输入的至少一相交流电压以及非线性负载对应的至少一相初始负载电流，并基于dp坐标系，根据至少一相交流电压和至少一相初始负载电流确定至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号，其中，交流电压和初始负载电流一一对应；逆变单元，逆变单元包括至少两个开关，至少两个开关的控制端与电压空间矢量脉宽调制控制器的输出端连接，逆变单元用于根据至少两个电压空间矢量脉宽调制脉冲信号对至少两个开关的通断状态进行控制，得到至少一相补偿电流；其中，至少一相补偿电流用于对交流电网输入的至少一相交流电流进行无功补偿得到非线性负载对应的至少一相目标负载电流，电压空间矢量脉宽调制脉冲信号与开关一一对应，补偿电流、初始负载电流、交流电流以及目标负载电流一一对应。因此，通过检测电网电压和电流信号，采用基于dp坐标系的SVPWM控制技术，控制逆变单元中开关的通断状态来控制补偿电流(补偿感性或容性电流)，因此，可以吸收或者发出满足要求的无功电流，可以实现动态无功补偿。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。