高性能双向直流变换技术及其应用专辑主编评述

张 云，吴红飞

（1.天津大学；2.南京航空航天大学）

进入21世纪后，高效、节能、环保理念深入人心，电能作为清洁能源已逐步取代传统能源。双向直流变换技术作为电能变换的关键技术，已经被广泛应用到直流微电网、储能系统、电动汽车驱动系统、光伏、分布式发电等多种场合。然而，依托于传统双向直流变换技术的电力电子变换装置的缺陷已日益凸显，体积庞大、转换效率低、系统可靠性低、发热严重等问题的出现，意味着传统双向直流变换技术已不能满足现代电力变换的需求，高性能双向直流变换技术已成为迫切的发展需要。性能更优异的半导体器件和变换器拓扑结构、损耗更低的磁性材料、效率更高的热管理技术以及更先进的系统运行控制技术逐渐成为高性能双向直流变换技术的发展方向和研究热点。为了集中展现高性能双向直流变换领域最新的研究成果和进展，《电源学报》特别推出“高性能双向直流变换技术及其应用”专辑。本专辑征稿通知发出后，得到了国内各高校及企业同行的大力支持和积极响应，经过编辑部组织审稿专家进行论文评审，本着“优中选优”的原则，最终录用论文8篇，其中双向直流变换器新拓扑5篇，电力电子变压器新拓扑1篇，变换器控制策略研究2篇。

Buck-Boost、Cuk、正反激等传统双向直流变换器具有结构简单、元器件数量少和控制简单的优势，但上述变换器同样存在电压增益低、元器件电压电流应力高、开关范围窄和易运行在极端占空比等劣势，这些性能指标会直接影响双向直流变换器的安全性、稳定性和高效性，因而在多种复杂应用场合对双向直流变换器的性能提出了更高的要求。华南理工大学的严志星等在《一种基于内置变压器的高增益双向DC-DC变换器》中，通过将内置变压器集成于飞跨电容结构和2个交错并联的Buck-Boost结构，使所提双向DC-DC变换器具有高电压增益、低电压应力和低电流纹波的优点。湖南三一智能控制设备有限公司的姚洪涛等在《一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器》中，提出一种应用于低压大电流双向功率传输场合的直流变换器，该变换器采用高效率LLC谐振和交错式Buck-Boost组合结构，具有高动态性能和宽电压输出范围。中南大学的粟梅等在《一种具有恒电压增益和自动功率限制能力的双向LLC-DCX变换器及其调制策略》中，提出一种新型LLC-DCX变换器，该变换器成功实现了启动电流抑制和恒功率限制。山东科技大学的房绪鹏等在《一种高增益双向准Y源DC-DC变换器》中，针对传统双向DC-DC变换器电压增益小、传输效率低等问题，提出一种改进型准Y源DC-DC变换器拓扑，该拓扑通过调节耦合电感的匝比实现功率双向传输，电压增益进一步提高。

分布式发电、储能系统和直流微电网等电力变换技术应用场合中，常需要将多个源与直流母线或多个负载与直流母线相匹配。而两端口双向直流变换器受限于端口数量，只能实现单一源或单一负载与直流母线匹配，而多端口双向DC-DC变换器则解决了多能量源与直流母线匹配的难题。南京航空航天大学的杨柳等在 《基于三端口双向DC/DC变换器的高增益组合式交直流变换器》中，提出一种新型三端口DC-DC变换器，基于交流侧电压周期性波动的特点，利用该变换器同时提供高压母线端口和低压母线端口，使得部分功率仅需经过低电压增益直流变换环节处理，为高增益高效率双向交直流变换提供了有利条件。

随着智能电网的不断研发与建设，用户对供电可靠性、灵活性和电能质量提出了更高要求，传统变压器已不能满足智能电网的需要。电力电子变压器与传统变压器相比，不仅具有体积小、重量轻等优点，还可实现功率因数可调和强带载能力。南京师范大学的鄢寅宇等在《面向港口供电的模块化多电平矩阵型电力电子变压器》中，以港口供电系统为背景，提出一种模块化多电平矩阵型电力电子变压器拓扑，实现了海上风电场、岸上电网和港口用电设备间的多向功率流动。

在电力电子变换系统中，硬件系统与控制策略相辅相成又互补优劣。双向直流变换器的性能除取决于元器件性能外，还很大程度上依赖于控制方法。良好的控制方法及策略可有效补偿因器件性能缺陷产生的不良影响，例如软开关技术可有效降低器件的开关损耗，智能控制方法可有效提高系统的动态响应和降低电流纹波。北京理工大学的李沫霖等在《负载电流前馈闭环控制的快速动态响应双有源桥式变换器的输出阻抗分析》中，运用小信号建模详细分析了DAB变换器的输出阻抗特性，并在此基础上引入前馈控制策略，有效提高了双有源桥变换器的动态响应。湘潭大学的陈才学等在《面向双有源桥宽增益范围的电流应力最小化策略研究》中，运用改进灰狼算法求解了与DAB电流应力相关的非线性优化约束问题，解决了DAB在变压器原副边电压不匹配时电流应力急剧增大问题。

综上，本专辑论文针对高性能双向直流变换技术中面临的多方面挑战展开了研究，为相关原理分析及工程应用提供了理论支撑和关键技术，具有很好的参考价值。希望通过本专辑的出版能对高性能双向直流变换技术的研究起到一定推进作用，进而加快我国电力变换系统的性能优化升级进程。

最后，衷心感谢有关专家学者及业界同仁对本专辑策划、征稿、投稿和评审工作的大力支持！