摘要
LCL 滤波器是电力电子领域中广泛应用于并网逆变器的滤波器之一，其主要功能是减少高频开关的谐波，确保输出电流的质量。本文设计并实现了基于 MATLAB 的 LCL 滤波器模型，结合电流控制器和调谐技术，验证了其在谐波抑制方面的效果。通过实验仿真，分析了 LCL 滤波器的频率响应和总谐波失真 (THD) 水平，验证了其在并网系统中的有效性。
理论
LCL 滤波器的主要组成部分包括两个电感和一个电容。其电路拓扑如图所示，其中：
-
𝐿1 和 𝐿2分别代表并网侧和逆变器侧的电感；
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𝐶𝑓是连接在两电感之间的滤波电容。
LCL 滤波器的传递函数：
LCL 滤波器的传递函数可以表示为：
其中，𝐿1、𝐿2和𝐶𝑓分别为滤波器的主要参数，而 𝑅1和 𝑅2为电感的等效电阻。
电流控制调谐
为了确保滤波器能有效减小谐波并保证系统的稳定性，本文采用了电流控制调谐方法。其核心是通过对滤波器的谐振频率进行调谐，控制系统的开关频率。常见的谐振频率选择为：
调谐后的系统能有效减少高频谐波，提高逆变器输出的电能质量。
实验结果
仿真实验基于 MATLAB Simulink 平台进行。图中展示了 LCL 滤波器的模型设计和仿真波形。在实验中，我们设置逆变器输出为 50Hz 的正弦波，并在电流控制的基础上分析了 LCL 滤波器的频率响应。通过 FFT 频谱分析，得到如下结果：
-
基波频率为 50Hz，幅值为 0.9413；
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总谐波失真 (THD) 为 2.47%。
实验结果表明，LCL 滤波器能有效抑制高频谐波，提升并网逆变器的输出电流质量，验证了其设计的有效性。
部分代码
% LCL滤波器参数
L1 = 1.5e-3; % 逆变器侧电感
L2 = 0.5e-3; % 并网侧电感
Cf = 20e-6; % 电容
% 控制参数
V_ref = 1; % 电压参考值
f_res = 1/(2*pi*sqrt(L1*Cf)); % 谐振频率
% 仿真时间设置
T_sim = 0:1e-5:0.1;
% 逆变器输出正弦信号
V_inv = V_ref*sin(2*pi*50*T_sim);
% 滤波器传递函数
sys = tf([1], [L1*L2*Cf, (L1+L2)/Cf, 1]);
% 频率响应仿真
[mag,phase,w] = bode(sys);
% 结果绘图
figure;
subplot(2,1,1); plot(w, squeeze(mag)); title('幅值响应'); xlabel('频率 (rad/s)'); ylabel('幅值');
subplot(2,1,2); plot(w, squeeze(phase)); title('相位响应'); xlabel('频率 (rad/s)'); ylabel('相位');
参考文献
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IEEE Std 519-2014, IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems, IEEE, 2014.
Teodorescu, R., Liserre, M., and Rodriguez, P., Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems, John Wiley & Sons, 2011.
Jahangir, M.H., and Abbasi, Z.A., “Design and implementation of LCL filter for a grid-tied converter,” Energy Procedia, vol. 100, pp. 153-160, 2016.
Wu, B., and Narimani, M., High-Power Converters and AC Drives, John Wiley & Sons, 2017.
（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准）
