本文的研究内容是教育部高等学校博士学科点专项科研基金“电网谐波抑制技术的研究”(20101402120004)中的一个子项目。电网谐波是衡量电能质量的重要指标之一,也是对电力用户影响最大危害最重的因素。随着变频器在煤矿井下的大量使用,其产生的谐波对矿井电网的污染越来越严重,直接威胁着矿井电力设备的安全运行,影响煤矿生产的安全性和连续性。因此,研究矿井谐波治理方法对提升矿井电能质量和保障安全生产具有重要的理论意义和实用价值。由于矿井供电系统中负荷具有非线性和强短时间断冲击特性,矿井电网电压、频率、系统阻抗极易受负载波动影响,采用常规谐波电流控制策略的有源电力滤波器,其抑制电网谐波的性能下降,补偿能力有限。本文针对矿井电网频率与阻抗波动的非理想性特点,以提高谐波补偿精度和动态跟踪能力、增强有源电力滤波器的频率自适应性和鲁棒性为目标,通过拓扑结构优化、理论推导、系统建模仿真和实验验证,研究1140V和10kV电网的谐波电流控制方法。具体包括以下几个方面:为了减小并网滤波器体积,并使开关频率谐波进一步衰减,本文提出了一种LCLCL型并联有源电力滤波器拓扑,在传统并网LCL滤波器电容侧并联LC谐振支路,使其在开关频率附近发生串联谐振,在低频段呈现高阻抗,保证逆变器输出基波及谐波补偿电流传递到电网,而在高频段呈现低阻抗,大大衰减了注入电网的开关纹波。针对1140V矿井供电系统发生大功率负荷变化时会引起电网频率波动问题,本文基于LCLCL型并联有源电力滤波器拓扑结构,对具有频率适应性的分数阶重复控制策略进行研究。在理想电网条件下,采用前馈式复合重复控制策略,提高了电流跟踪的稳态精度和动态性能,有效降低了电网电流的THD,并在实验平台上进行了实验验证。在频率波动的电网条件下,引入频率自适应重复控制策略,提出了基于拉格朗日插值的最佳分数延迟FIR滤波器设计方法和分数阶重复控制稳定性判据;通过合理选择常规控制器阶数和分数延迟滤波器阶数,使分数阶重复控制器在可变频率参考信号条件下获得较好的补偿特性,该方法适用于延迟恒定或更新频率很小的控制系统。在频率波动密集的电网条件下,导致重复控制器分数延迟频繁变化,本文提出了基于泰勒级数展开式的分数延迟FIR滤波器,滤波器只与分数延迟有关,可实现任何分数延迟,而不需要重新设计分数延迟滤波器和频繁更新分数延迟滤波器系数,提高了系统稳定性,并在最佳分数延迟方案下同样实现高阶滤波器的宽范围高稳态精度。通过仿真和实验平台试验的方法,验证了分数阶重复控制器能够实现频率自适应谐波补偿,频率波动电网条件下的THD得到了有效抑制。电网发生大功率负荷变化时导致电网阻抗变化,将会降低前馈式重复控制系统补偿性能,采用滑模控制器可以提高系统鲁棒性,但被控系统参数的不确定性会造成传统滑模控制器滑模面漂移,导致系统的稳态补偿精度降低。本文在滑模面引入并网谐波电流误差的多比例谐振控制项,提出了多比例谐振滑模控制策略,使谐波电流误差在比例谐振条件下实现增益放大,消除指定次谐波电流跟踪误差以及抑制电网电流THD,并通过了仿真和实验平台验证。基于相似的内模原理特性,由重复控制替代多比例谐振控制,提出了重复滑模控制策略,其不仅可以实现全谐波补偿,进一步降低稳态误差,而且具有频率自适应性。实验结果表明:系统鲁棒性好,稳态精度高,跟踪能力强,且重复滑模控制策略比多比例谐振滑模控制具有更高的稳态精度。针对煤矿井下10kV配电网电源及负载非线性特性,提出了基于无变压器型并联混合有源电力滤波器的前馈式重复复合控制策略,给出了无源参数设计过程和复合电流控制器设计方法。实验结果表明:系统稳态精度高,实现了实时准确跟踪补偿电流的目标,有效地改善了10kV配电网电能质量。