电力电子变压器是未来智能电网的核心设备，可以实现交直流电压的相互灵活变换和功率四象限运行，带储能时还可平抑负荷功率波动、补偿上游电网的电压暂降等，受到国内外学者越来越广泛的关注。其中，双向DC-DC变换器（Bidirectional DC- DC Converters, BDC）是实现两端电气隔离以及稳定直流母线电压的核心模块。

国内外学者从拓扑结构和控制策略两个方面已经对BDC进行了大量研究。为了改善BDC的软开关特性，LC串联谐振、LC并联谐振、LCC谐振以及LLC谐振[10]等谐振技术被应用到BDC的拓扑结构中，其中LLC谐振变换器，以其在宽电压范围输入下功率密度高、电磁干扰低、环流能量小以及在全负载范围内均可实现一次侧开关管的零电压开通（Zero Voltage Switching, ZVS）和二次侧整流二极管的零电流关断（Zero Current Switching, ZCS）等优异的综合性能而引起了广泛的关注。

• 有学者提出了LLC谐振型BDC变换器，正向运行时与LLC谐振变换器相同，反向运行时仅相当于传统的全桥变换器。
• 有学者在变换器的二次侧添加了谐振电容，但都由于结构不对称、变换器正向运行和反向运行的谐振频率特性和增益特性差异较大，导致其参数设计和控制复杂度和难度增大。
• 有学者提出了CLLLC谐振型BDC变换器，虽然实现了结构对称，但增加了谐振元件个数，也增加了谐振参数和控制难度。
• 有学者提出了L-LLC谐振型双向DC-DC变换器（L-LLC Bidirectional DC-DC Converters, L-LLC-BDC），该变换器在正向和反向运行中的电路结构完全相同，但由于其同步控制策略使其电压增益范围较窄，且系统的动态特性较差。
• 有学者将VF-PS混合控制策略应用于L-LLC-BDC，虽然该方法使得系统的运行效率较高，但对系统的动态性能改善不大。
• 有学者采用了轨迹控制策略提高了系统的动态性能，但它仅使用在LLC谐振变换器中。

为改善L-LLC谐振型双向DC-DC变换器的动态性能，西安理工大学电气工程学院的研究人员提出基于比例-积分-谐振（Proportion-
Integration-Differentiation, PID）控制和最优轨迹的复合最优轨迹控制策略。

图1 实验装置实物

在系统稳态时采用PID控制减小稳态误差保持输出电压恒定；当出现负载跳变时，采用最优轨迹控制改变开关管的频率，使其在最短时间内重新达到稳态。该控制策略实现了输入侧开关管的零电压开通和输出侧整流管的零电流关断，精确预测了负载突变时的开关管导通时间，显著提高了变换器的动态性能且减小了运算的复杂度。

研究人员得到以下结论：

• 1）L-LLC谐振型双向DC-DC变换器在不同运行模态下的轨迹方程是正确的。
• 2）负载突变时开关管的导通时间调整量的预测结果是准确的，预测方法是正确的。
• 3）L-LLC谐振型双向DC-DC变换器采用复合最优轨迹控制策略，明显改善了变换器对负载突变的动态响应性能。

以上研究成果发表在2020年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“L-LLC谐振型双向DC-DC变换器的复合最优轨迹控制策略研究”，作者为鲁静、同向前、张嘉翔、申明、尹军。