中低壓直流變壓器拓撲與控制綜述

劉 貝，涂春鳴，肖 凡，余雪萍，郭 祺，帥智康

（湖南大學 國家電能變換與控制工程技術研究中心，湖南 長沙410082）

0 引言

隨著能源危機和環境問題的加劇，全球能源消費形式逐漸從傳統化石能源向光伏、風電、燃料電池等分布式能源方向發展。分布式能源減少了化石能源的使用，降低了二氧化碳排放，緩解了溫室效應，但以光伏、風電為主的分布式能源由于其間歇性和隨機性，對現有交流電網的穩定性造成了嚴重影響，如何合理消納分布式能源已成為當下的研究熱點。

近年來，直流電網作為分布式能源消納的重要途徑，得到了廣泛研究。現有研究表明，直流電網在容量、建設成本、傳輸效率等方面相比于交流電網具有諸多優勢［1-3］。同時，直流電網也是解決傳統交流電網無功、諧波、同步振蕩與環流等問題的有效途徑，可極大緩解大電網與光伏、風電等分布式能源之間的矛盾。目前針對直流電網的研究取得了豐富的成果，包括電網架構、關鍵設備研制、調度與控制、運行與保護等方面［4-6］。其中，針對直流電網中能量匯聚與分配樞紐——直流變壓器的研究最受矚目。

與交流電網中常用的交流變壓器通過電磁感應原理進行電壓升降變換不同，應用于高壓大功率場合的直流變壓器進行直流電壓升降變換時，只能采用電力電子裝置。利用電力電子裝置進行直流電能變換在開關電源領域中已取得了卓越的成果，相關直流變換器拓撲在直流變壓器研究的早期階段也得到過廣泛關注，并結合直流電網高壓大功率的運行場景進行了改進和調整，但并非所有拓撲都滿足直流電網的運行需求。

由于直流電網中可能同時接入多種類型的直流負荷和分布式能源，因此直流電網中將存在多條不同電壓等級的直流母線。直流變壓器除需具備多直流電壓等級電能變換的能力外，還應當具備電氣隔離能力，防止電氣故障在不同系統中擴散。同時，由于分布式能源的多向性，直流電網中各等級直流母線之間的能量傳遞也將呈現為多向性，直流變壓器需要具備對公共節點潮流的多向調控能力，保障多母線運行時潮流的可靠分配與轉移。因此，盡管直流變壓器在拓撲結構、控制策略和參數設計等方面可以找到較多的參考與借鑒，但高壓大功率場合下直流變壓器的設計和運行仍然具有巨大挑戰。

本文對中低壓直流電網中的直流變壓器研究現狀進行了總結與分析，介紹了直流變壓器的基本功能和典型運行場景，按端口數量和能量耦合方式對直流變壓器拓撲進行了梳理和分類，全面分析了直流變壓器在暫態和穩態運行中的控制策略，并對直流變壓器核心部件——高頻變壓器的關鍵技術進行了討論，最后對直流變壓器未來的發展趨勢給出了建議。

1 典型運行場景

根據前期調研，本文總結了中低壓直流電網中直流變壓器的典型運行場景，如圖1 所示，大體可歸納為如下3 個：居民小區、城市負荷密集地區、工業園區。在居民低壓直流供電場景中，選取了單端放射式供電架構，分布式能源采用集中接入方式，使用一臺多端口直流變壓器用于連接光伏、儲能等分布式能源和直流負荷。在城市負荷密集地區和工業園區直流供電場景中，由于功率和電壓等級提高，分別選取了環網供電和輻射供電架構，分布式能源采用了多點接入方式，因此配備了多臺直流變壓器。

圖1 直流變壓器在中低壓直流系統中的典型運行場景Fig.1 Typical operating scenarios of DC transformers in medium- and low-voltage DC systems

對含多條電壓等級直流母線的供電場景，可以采用一臺多端口直流變壓器提供多個直流母線接口，也可以采用多臺兩端口直流變壓器連接不同電壓等級的直流母線。在多臺直流變壓器共同運行的場景中，直流變壓器需要根據母線電壓狀態調整控制方式和工作方式，在定電壓、定功率等多種模式中相互切換。對于潮流雙向端口，還需要根據端口運行狀態調整功率方向。此外，從圖1 中還可以看到，3 種典型運行場景中均包含了與交流電網連接的端口。盡管直流電網在運行效率、傳輸容量、建設成本等方面相較于交流電網有較大優勢，但單一的直流供電并非未來供配電技術發展的最佳策略，交直流供配電技術的相互配合才是未來中低壓電網發展的重要趨勢。

2 直流變壓器拓撲

在直流電網中，直流變壓器需要兼顧高增益、大功率、多向潮流和電氣隔離等基本特性，同時還需具備一定的可擴展能力。基于對現有相關論文的查閱，本文將直流變壓器拓撲分為3 類：第一類為兩端口直流變壓器，第二類為多端口直流變壓器，第三類為模塊化組合直流變壓器。

2.1 兩端口直流變壓器

對于兩端口直流變壓器，可以按照是否具備電氣隔離特性將其分為隔離型和非隔離型。非隔離型直流變壓器的輸入側與輸出側沒有電氣隔離，且難以同時兼顧大功率、高增益的需求，在實際工程中較少應用，故本文主要討論隔離型兩端口直流變壓器。現有研究中，隔離型兩端口直流變壓器主要有橋式、推挽、交錯并聯等拓撲結構。由于功率器件受耐壓、耐流等限制，推挽、交錯并聯等結構在高壓大容量直流供電場景中應用較少，目前隔離型兩端口直流變壓器中最為常用的是橋式結構。

根據變壓器兩側功率單元結構，橋式結構可分為半橋、全橋、全控、不控等結構，如圖2 所示。其基本工作原理為：通過輸入側功率單元將直流電能逆變為高頻交流電能，由高頻變壓器完成電壓升降后，再由輸出功率單元將高頻交流電能整流為直流電能，因此可以兼顧高增益和大功率的直流電能變換能力。在橋式結構中，應用最廣泛的是雙有源橋DAB（Dual Active Bridge）變換器。

圖2 橋式兩端口直流變壓器拓撲Fig.2 Topology of bridge type two-port DC transformer

2.1.1 DAB變換器

DAB 變換器最早在1988 年由德國亞琛工業大學R. W. de Doncker 等人提出［7］，DAB 變換器具備高增益、大功率的電能變換特性，同時兼顧電氣隔離、高功率密度和靈活可控的雙向功率流動能力，在數據中心、電動汽車、電力電子變壓器等領域得到了廣泛應用。典型的DAB 變換器拓撲結構如圖3 所示，包含由全控器件組成的輸入側和輸出側H 橋功率單元、高頻變壓器、輔助電感以及輸入側和輸出側濾波電容。圖中，vAB和vCD分別為輸入側和輸出側H橋功率單元橋臂中點電壓；iLs為輔助電感Ls上流過的電流。將vAB和vCD等效為方波電源，并將輸出側折算至輸入側，可以得到如圖4 所示的DAB 變換器等效電路，圖中v′CD為vCD折算至輸入側的等效電壓。

圖3 DAB變換器拓撲結構Fig.3 Topology of DAB converter

圖4 DAB變換器等效電路Fig.4 Equivalent circuit of DAB converter

通過控制輸入側和輸出側方波電源之間的相角差，可以調整輸入側和輸出側之間的功率大小和方向。采用單移相SPS（Single Phase Shift）控制策略的DAB變換器的輸出功率Po為：

其中，V1為輸入電壓；V′2為輸出電壓V2折算至輸入側的等效電壓；fs為開關頻率，開關周期Ts=1/fs；β為輸入側和輸出側方波電源之間的移相角，當功率正向傳輸時β的取值范圍為（0，π），當功率反向傳輸時β的取值范圍為（-π，0）。

從式（1）中可以看到，Po與Ls、fs成反比，與β在（-π/2，0）和（0，π/2）區間內成正比，且當β=±π/2 時，Po有最大絕對值V1V′2/(8fsLs)。

2.1.2 兩級式DAB變換器

DAB變換器輸入／輸出電壓比與變壓器變比相等時，稱為電壓匹配模式，否則稱為電壓不匹配模式。在電壓不匹配模式下，變換器內部存在較大環流，部分器件軟開關區間減小。器件的硬開關限制了器件的開關頻率，開關頻率的提高有助于減小高頻變壓器的體積并提高裝置的功率密度。為此，相關文獻提出了兩級式DAB 變換器，保證DAB 變換器始終工作在電壓匹配狀態。文獻［8］在DAB 變換器輸入側和輸出側均增加了半橋子模塊單元，如附錄中圖A1所示。加入的半橋子模塊可以對輸入、輸出電壓進行調整，保證DAB 變換器工作在電壓匹配狀態。此外，半橋子模塊還可以作為旁路開關，用于隔離故障模塊。文獻［9］研究了Buck／Boost+DAB 的兩級式拓撲，如附錄中圖A2所示。通過兩級電路的配合，在不降低DAB 變換器工作效率的同時增大了變換器的輸入范圍。

2.1.3 諧振型DAB變換器

雖然兩級式結構在保證運行效率的同時增大了DAB 變換器的工作范圍，但兩級式的結構降低了系統的集成度，一定程度上也增加了控制的復雜程度。為進一步提高DAB 變換器的軟開關范圍，降低DAB變換器開關損耗，相關文獻提出了一系列諧振型DAB 變換器，采用諧振單元替換DAB 變換器輔助電感，實現寬工作范圍下的器件軟開關。常見的諧振單元結構包括LC、LLC、LCC、CLLC 等［10-16］，如圖2 所示，其中應用最為廣泛的是LLC 型諧振單元。文獻［12］對單向LLC型諧振變換器的工作模態和諧振腔電流進行了分析，提出了峰值增益配置的優化設計法。文獻［13］針對雙向LLC諧振變換器提出了一種變頻-移相控制方法，實現了變換器的寬電壓增益及全范圍軟開關。文獻［14］提出了一種LLC型諧振變換器變模式控制策略，在額定輸入電壓附近采用常規頻率控制方式，在輸入電壓偏離額定值時，采用脈寬調制的控制方式調節電路增益，有效縮小開關頻率工作范圍。合理設計諧振單元參數可以實現功率器件寬工作范圍下的軟開關，提高變換器運行效率。但高開關頻率帶來了較大的電壓、電流應力，同時電容與電感等器件隨著使用時間的增加，必然會出現參數的改變或漂移，給諧振型直流變壓器的設計帶來了巨大的挑戰。

兩端口直流變壓器拓撲是直流變壓器拓撲研究的基礎和核心。目前，DAB 變換器及其衍生的諧振型拓撲已成為兩端口直流變壓器在實際工程中的主流方案。同時，兩端口直流變壓器的相關研究理論和設計方法也在多端口和模塊化組合直流變壓器中得到了推廣與應用。

2.2 多端口直流變壓器

分布式能源和不同電壓等級的直流負荷接入，直流電網的重要節點將出現多母線共同運行。為保障多母線運行時潮流的可靠分配與轉移，各電壓等級母線之間需安裝兩端口直流變壓器。大量兩端口直流變壓器的使用增加了能量變換次數，降低了能量利用率。此外，多個兩端口直流變壓器并聯運行產生的環流、協調控制、交互影響等問題也不容忽視。多端口直流變壓器是解決上述問題的重要途徑，符合直流電網運行和發展的需要。對于多端口直流變壓器，可以按照能量匯聚形式分為磁耦合型和電耦合型。

2.2.1 電耦合型多端口直流變壓器

電耦合型多端口直流變壓器通過公共母線匯聚各端口能量，具備靈活的端口數量和容量擴展能力，等效示意圖如圖5 所示。電耦合型多端口直流變壓器通常采用主從控制方式，由一個端口控制公共母線電壓，其余端口根據運行需求獨立控制端口電壓或功率。根據公共母線的電能類型，電耦合型多端口直流變壓器可以分為共直流母線型和共交流母線型。

圖5 電耦合型多端口直流變壓器示意圖Fig.5 Schematic diagram of electrically coupled multi-port DC transformer

文獻［17］提出了一種整合光伏、儲能、電動汽車充電站和電網的共直流母線型多端口直流變壓器拓撲，如附錄中圖A3 所示。該拓撲采用了分層控制，以確保直流變壓器在電網調度、并／離網、電動汽車接入／切除等多種工況下的穩定運行。文獻［18］提出了一種共直流母線型多端光伏直流升壓系統，2組光伏陣列通過Boost 變換器與直流升壓變壓器相連，再由直流升壓變壓器匯集至±10 kV 電網。文獻［19］提出了一種用于多電池組儲能系統的共直流母線型多端口直流變壓器拓撲。該拓撲由n組電池組和n個Buck／Boost 雙向直流變換器并聯組成，具有較寬的工作電壓范圍，并聯連接方式也使得該結構具備較強的擴容能力。此外，每個并聯的Buck／Boost 模塊可獨立調節該電池組電流，因此電池組之間不會產生環流。

共直流母線型多端口直流變壓器中，互聯的各端口功率大多需要經過DC／AC／DC 2 次變換，因此直流變壓器各端口總容量接近額定容量的2 倍，這增加了建設成本和能量轉換次數。采用交流母線進行能量匯聚，各端口只需進行1 次DC／AC 或AC／DC 變換，減少了端口總容量，并提高了能量利用率。

文獻［20］提出了一種共交流母線型多端口直流變壓器，等效電路如附錄中圖A4所示。該結構包含4 個端口，端口1、2、3 分別通過高頻變壓器HFT1、HFT2 和HFT3 接入高頻交流母線，端口4 則通過高頻電感LLA連接高頻交流母線。該拓撲采用模塊化設計，端口種類、數量和容量可以根據實際情況進行擴展，同時該拓撲為所有端口之間提供了電氣隔離。相比于共直流母線型多端口直流變壓器，共交流母線型多端口直流變壓器能減少能量變換次數。但高頻交流母線中存在著固有高頻振蕩，會增加變換器損耗，并危及系統的安全穩定運行［21］。文獻［22］提出了一種采用電感-電容-電感電路連接的共交流母線型多端口直流變壓器拓撲，如附錄中圖A5所示。該拓撲由多個電壓源型換流器VSC（Voltage Source Converter）通過LCL 電路匹配不同電壓等級的直流母線互聯而成，無需使用交流變壓器，大幅減小了裝置體積。

文獻［23］提出了一種多端口直流-直流自耦變壓器拓撲，如附錄中圖A6 所示。該拓撲由5 個VSC串聯而成，VSC 直流側與對應的直流電網相連，交流側通過變壓器與公共交流母線相連。由多端口直流-直流自耦變壓器互聯的直流電網之間有直接電氣連接，因此在正常工作時，部分能量可以通過直流母線在各端口之間傳遞，減少了能量轉換次數，且降低了直流變壓器的總容量。多端口直流-直流自耦變壓器互聯的直流電網電壓等級越接近，直流變壓器的總容量越小。

2.2.2 磁耦合型多端口直流變壓器

磁耦合型多端口直流變壓器通過多繞組高頻變壓器實現對各端口能量的匯聚和分配。受結構限制，相比于電耦合型多端口直流變壓器，磁耦合型多端口直流變壓器的拓撲種類較少，典型的多有源橋MAB（Multi Active Bridge）變換器拓撲結構如圖6所示。圖中，Vi（i=1，2，…，n）為端口i電壓；Li為端口i輔助電感，vHi為端口i橋臂中點輸出電壓；MHT 為多繞組高頻變壓器。與DAB 變換器相似，磁耦合型多端口直流變壓器通常也采用移相控制方式。除用于連接不同等級直流母線外，磁耦合型多端口直流變壓器在電力電子變壓器中作為中間隔離級也得到了廣泛應用［24］。

圖6 多有源橋直流變壓器拓撲Fig.6 Topology of MAB DC transformer

文獻［25］研究了連接交直流電網、光伏和儲能系統的MAB 變換器，建立了MAB 變換器的功率傳輸模型，并提出了基于回轉器理論的MAB 變換器功率協調控制策略。文獻［26］針對三有源橋TAB（Triple Active Bridge）變換器輕載時運行效率低的問題，提出了TAB 變換器的三角波電流控制策略，在輕載時可以實現部分功率器件的零電流關斷ZCS（Zero Current Switching），同時減小了電感電流有效值，提升了變換器運行效率。文獻［27］建立了TAB變換器的阻抗模型，分析了硬件參數、控制參數對TAB 變換器阻抗特性的影響，并定性分析了阻抗的系統參數敏感性。

磁耦合型多端口直流變壓器的端口之間具備電氣隔離，可以有效防止故障擴散，也易于實現高變比的直流電能變換。但磁耦合型多端口直流變壓器需要高壓大容量的多繞組高頻變壓器，在研制過程中對制造工藝提出了更高要求。此外，磁耦合型多端口直流變壓器在端口擴展和容量提升等方面的靈活性也略顯不足。電耦合型多端口直流變壓器本質上是多個兩端口直流變壓器的并聯，設計方便，擴展靈活，但不具備電氣隔離，同時各并聯直流變壓器在容量、阻抗特性、工作模式和控制方式等方面需要進行匹配和協調。

2.3 模塊化組合直流變壓器

受耐壓、容量、溫升等方面的限制，單功率器件或模塊難以直接應用于直流電網高壓大功率場合中。模塊化組合的方式可以有效減小功率器件承受的電壓、電流應力。目前常用的模塊化組合方式為輸入輸出串并聯和模塊化多電平結構。

2.3.1 輸入輸出串并聯直流變壓器

文獻［28］采用改進型半橋子模塊，以輸入串聯輸出并聯ISOP（Input Series Output Parallel）的方式連接12 kV 中壓直流電網和400 V 低壓直流電網。文獻［29］采用DAB 模塊以輸入串聯輸出串聯ISOS（Input Series Output Series）的方式，實現中高壓直流電網的互聯。文獻［30］提出了基于ISOP-DAB 結構的直流變壓器拓撲，如附錄中圖A7 所示，并詳細介紹了其工作模式、功率傳輸特性、能量管理策略、研制與設計方法，并指出各DAB 變換器單元在串聯端的電壓平衡與在并聯端的功率平衡等價。

為使得模塊化組合直流變壓器可以兼顧諧振變換器的高效特性和DAB 變換器的高可控特性，文獻［31］提出了一種混合型ISOP 直流變壓器拓撲，子模塊包括CLLLC 型諧振變換器和DAB 變換器。在此拓撲中，直流變壓器的絕大部分功率由效率較高的CLLLC 型諧振變換器傳輸，DAB 變換器則通過傳輸較小部分功率實現對直流變壓器整體輸出功率的控制。

2.3.2 模塊化多電平直流變壓器

與采用輸入輸出串并聯方式連接的直流變壓器不同，基于模塊化多電平結構的直流變壓器將直流電壓調制成階梯形交流電壓，可以有效減小功率器件承受的電壓應力。文獻［32］提出了一種兩相模塊化多電平結構的直流變壓器拓撲，如附錄中圖A8所示，并對三角波、方波和正弦3 種高頻交流鏈電壓調制方式下的直流變壓器運行特性進行了分析。該拓撲的功率特性與DAB 變換器十分相似，DAB 變換器的相關控制策略在該拓撲中具有較強的移植性。

文獻［33］提出了一種三相模塊化多電平結構的直流變壓器拓撲，如附錄中圖A9所示。輸入側采用半橋或全橋子模塊級聯，輸出側采用子模塊和功率器件混聯，減少了器件數量，降低了制造成本。中間級采用350 Hz 交流變壓器，相比采用工頻50 Hz 變壓器具有更好的功率傳輸效果，同時也降低了直流變壓器體積，但相比于兩端口直流變壓器中所采用的高頻變壓器體積依然巨大。

模塊化組合直流變壓器除具備在高壓大功率場合下的運行能力外，還具有較強的故障容錯運行能力，可有效提高直流電網的供電可靠性，是直流變壓器未來發展的重要方向。采用模塊化組合結構的直流變壓器在運行特性、控制策略等方面與兩端口直流變壓器有諸多相似，一定程度上降低了模塊化組合直流變壓器在研制與設計方面的難度，但由拓撲結構所帶來的內部環流、均壓和均功率等問題也亟待解決。

3 直流變壓器控制策略

直流變壓器的控制策略總體可以分為穩態運行控制策略和暫態運行控制策略。穩態運行控制策略主要針對直流變壓器運行效率的提升，暫態運行控制策略主要用于保障直流變壓器在多工況和多模式下的穩定運行，包括軟啟動、直流偏置電流抑制、功率控制、功率解耦等策略。

3.1 效率優化控制策略

針對直流變壓器效率優化的研究主要集中在DAB變換器，多端口直流變壓器由于控制自由度多，進行效率優化存在較大難度，因此目前鮮有對多端口直流變壓器的效率優化方面的研究。

在SPS 控制下，DAB 變換器只有1 個控制自由度，輸入側和輸出側H 橋功率單元中位于對角線的開關器件同時導通，位于同一橋臂的開關器件交替導通。SPS 控制易于實現，但無法對電感電流進行控制。當DAB 變換器工作在電壓不匹配狀態時，內部存在較大回流功率，增大了變換器的電流應力，降低了變換器的運行效率。為提高DAB 變換器的控制靈活度，相關文獻提出了多重移相MPS（Multi Phase Shift）控制策略，在控制輸入、輸出側方波電壓之間移相角的基礎上，加入了對方波電壓占空比的控制，包括擴展移相EPS（Extended Phase Shift）控制、雙重移相DPS（Dual Phase Shift）控制和三重移相TPS（Triple Phase Shift）控制。EPS控制通常對輸入側方波電壓進行占空比控制，在此控制方式下，DAB 變換器包含2 個控制自由度；DPS 控制對輸入、輸出側方波電壓采用相同大小的占空比控制，因此也含有2 個控制自由度；TPS 控制對輸入、輸出側方波電壓采用不同的占空比控制，包含3 個控制自由度。SPS 和MPS 控制下，DAB 變換器輸出功率Po與移相角β之間的關系如圖7所示。圖中，以最大傳輸功率為功率基準值，對Po進行了標幺化。從圖7 中可以看到，TPS控制下DAB 變換器的功率范圍最大，包含了其他3 種控制方式，因此也可以將SPS、EPS和DPS 控制看作是特殊形式的TPS 控制。而在SPS控制下，DAB變換器功率范圍最窄，僅為一條正弦曲線。由此也說明，在輸出功率相同時，MPS控制相比于SPS 控制存在更多移相角組合，因而MPS 控制可以實現對變換器運行狀態的調整和效率的優化。

圖7 MPS控制下DAB變換器的功率范圍Fig.7 Power range of DAB converter under MPS control

為了對DAB變換器進行精準優化，文獻［34-35］建立了DAB 變換器的損耗模型。DAB 變換器的損耗組成主要包括通態損耗、開關損耗和變壓器損耗三部分。為了優化上述三部分損耗，現有文獻選取了多種優化目標，主要包括回流功率、電流應力、電流有效值、電流平均值、高頻模型下的無功功率等［36-39］。

文獻［40］提出了基于EPS控制的最優電流應力和全功率范圍軟開關控制策略，并將輸出側電容電流和運行效率平均值加入控制環路中，當電路運行狀態發生突變時可以實現快速動態響應。文獻［41］從開關組合規律出發，建立了全功率范圍下的DAB變換器功率傳輸模型，提出了針對TPS 控制的分段分析方法，實現了全功率范圍內對DAB 變換器電流應力的優化。文獻［42］分析了TPS 控制下回流功率的傳輸特性，采用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）算法對輸入、輸出側回流功率進行了優化。文獻［43］通過方波電源疊加建立了DAB 變換器的等效電路，求取了TPS 控制下全功率范圍內的電流有效值表達式，提出了基于全局最優化條件的DAB 變換器電流有效值優化控制策略。文獻［44］對DAB 變換器的高頻鏈電壓和電流進行了傅里葉分解，建立了DAB 變換器的高頻模型，采用粒子群優化算法對高頻模型下DAB變換器的無功功率進行了優化。

DAB變換器效率優化的研究工作已取得了豐富的成果，但也存在諸多問題。在現有的研究中，對DAB 變換器的回流功率優化通常只考慮輸入側，實際上在輸出側同樣也存在回流功率從負載側向輸入側流動。完全消除回流功率也并非最優策略，回流功率能使部分開關器件實現零電壓開關ZVS（Zero Voltage Switching）。此外，對比電流有效值和回流功率的優化研究可以發現，回流功率和電流有效值的最優工作點并非在同一移相角組合下取得，不同優化目標在最優工作點移相角組合選取上存在較大差異。雖然DAB 變換器在全功率范圍下的優化控制策略難以統一，但在低功率段的優化方式上相關文獻具有高度一致性。在低功率段，采用三角波電流控制策略，如圖8 所示，可以減小開關器件電流應力，并實現部分器件的ZCS。另一方面，在實際應用中難以同時對通態損耗和開關損耗進行優化，因此根據DAB 變換器的工作場合選擇優化目標是實際應用中的最優方案。一般而言，在高壓大功率場合，功率器件開關頻率相對較低，通態損耗在總損耗中占比較大，因此優先對通態損耗進行優化；在低壓小功率場合，功率器件運行在較高開關頻率，暫態損耗是總損耗中的主要部分，因此應當優先實現器件的軟開關。

圖8 三角波控制策略下DAB變換器方波電壓和電感電流Fig.8 Square wave voltage and inductor current of DAB converter under triangle wave control strategy

3.2 軟啟動策略

直流變壓器尚未啟動時，直流電容初始電壓為0，可視為短路狀態［45］。因此，直接啟動會產生沖擊電流，嚴重時還會造成器件損壞，也可能觸發直流變壓器內部保護裝置誤動作，導致啟動失敗。因此需要在變換器正常投入運行前對直流電容進行預充電，以減小啟動時的沖擊電流。現有的直流變壓器軟啟動策略主要包括基于外部輔助電路的軟啟動策略［19，46］和基于直流變壓器自身控制的軟啟動策略［45，47-51］。

基于外部輔助電路方面，文獻［19］在多電池組儲能系統中增加了由啟動電阻和直流斷路器組成的預充電電路，提出了電流閉環和電壓閉環切換的預充電控制策略，該方法具備較好的動態特性，但直流斷路器和啟動電阻的使用增加了裝置的體積和成本。文獻［46］提出了一種針對隔離型Boost 全橋變換器的軟啟動策略，為輸入電感增加了類似反激式繞組的輔助電路，如附錄中圖A10 所示。在啟動時輔助電路向電感提供能量泄放通路，避免了沖擊電流的產生。但該方法只適用于特定拓撲，在直流變壓器常用拓撲中難以推廣應用。

基于直流變壓器自身控制方面，文獻［45］提出了一種采用兩段式充電的軟啟動方法：第一階段中將輸出側功率器件閉鎖，輸出電容由反并聯二極管充電；第二階段中加入移相控制，調整輸出電壓至額定值。但該方法在控制模式切換時會導致輸出電壓發生跌落或振蕩。為此文獻［47］提出了改進的兩段式軟啟動方法，在切換為移相控制時，結合變換器運行狀態給定移相角初始值，有效減小了切換過程中的電壓跌落，啟動電壓波形如附錄中圖A11 所示。文獻［48］提出了一種包括恒流充電、SPS 控制和輸出電壓閉環控制的三段式軟啟動策略，分析了啟動過程中移相角、電壓比等參數與充電電流應力之間的關系，并考慮了啟動過程中產生的直流偏置分量對變壓器的影響。文獻［49］分析了DAB 變換器啟動過程中沖擊電流產生的原因，提出了SPS 和TPS控制下的軟啟動方法，在啟動的第一個1/4開關周期內，閉鎖系統輸出脈沖，可以降低啟動時的沖擊電流。文獻［50］分析了不同啟動時刻對DAB 變換器啟動過程中電流應力的影響，在輸入、輸出側方波電壓占空比逐漸增大的基礎上，保持輸入、輸出側方波電壓始終處于交錯位置，確保電感電流前后半個周期內在不同方向上的增量相同，避免了沖擊電流和直流偏置分量的產生。

現有文獻中提出的軟啟動策略大多用于實驗室樣機，并未充分考慮直流變壓器在實際運行時的具體工況。在實際工程中，直流變壓器高、低壓側二次供電系統通常是各自獨立地從高、低壓側直流電容取電［52］，上述取能方式對于直流變壓器的啟動邏輯制定具有重大影響，在后續的研究中應當充分考慮。

3.3 直流偏置電流抑制策略

直流變壓器在啟動、負載投切等暫態過程中，電感電流中會出現直流偏置分量，具體原因是由于暫態過程中電感兩端電壓伏秒積不為0，導致電感伏秒平衡被破壞，從而在電感電流中產生了直流偏置分量。直流偏置分量增加了開關器件的電流應力，嚴重時還將導致變壓器磁飽和，影響了直流變壓器的穩定運行。消除直流偏置分量的方式可以分為硬件消除和軟件消除。硬件消除方法通常在直流變壓器內部加入隔直電容，但隔直電容降低了直流變壓器的功率密度，也改變了直流變壓器的運行特性。因此，現有文獻中通常采用軟件消除方式對直流偏置分量進行消除。

采用軟件消除方式消除直流偏置分量可以分為電路分析方式［53-58］和磁路分析方式［59-61］。電路分析方式通過保持電感電壓伏秒平衡來抑制直流偏置分量產生，磁路分析方式則通過保持變壓器磁平衡來抑制直流偏置分量產生。

在電路分析方面，文獻［53］詳細分析了移相控制下DAB 變換器直流偏置分量產生的原理，并提出了適用于各類MPS 控制的直流偏置分量抑制策略，如附錄中圖A12所示。但該方法需要實時記錄暫態過程前的移相角，具體實現有一定難度。文獻［54］建立了DAB 變換器輸入、輸出側直流偏置分量的交直流等效模型，提出了一種基于硬件電路的直流偏置分量檢測方法。文獻［55］提出了一種基于不對稱占空比控制和電流預測的直流偏置分量抑制策略，其控制結構簡單，僅需1 個電壓比例-積分（PI）環節，但需要準確采集電感高頻鏈電流峰值。文獻［56］建立了考慮勵磁電感參數的DAB 變換器小信號模型，分析了高頻變壓器原、副邊高頻電流直流分量的耦合機理，提出了基于直流共模差模分量的直流偏磁抑制方法。

在磁路分析方面，文獻［59］提出了一種基于主磁芯和輔助磁芯之間磁路共享的磁通量檢測方法，并通過該方法對變壓器直流磁化分量進行補償，檢測方法的等效電路如附錄中圖A13所示。文獻［60］從磁路平衡角度出發，在閉環磁通平衡控制中引入偏差預測環節，提出了一種抑制穩態和暫態直流偏置分量的磁通平衡控制方法。

目前，針對直流偏置分量抑制策略的研究主要集中在兩端口直流變壓器，對于多端口直流變壓器暫態過程中直流偏置分量抑制的研究較少［62］。多端口直流變壓器內部電磁能量交互相比兩端口直流變壓器更加復雜，端口間的相互影響也更為顯著。此外，多端口直流變壓器控制變量增多，增加了暫態過程中直流偏置分量的求解難度。開展多端口直流變壓器的直流偏置分量抑制策略研究，有助于進一步認識多端口直流變壓器的暫態運行特性，保障復雜工況下多端口直流變壓器的穩定運行。

3.4 功率控制策略

分布式能源的接入使得直流電網內潮流方向具有多向性，負載投切、線路故障等因素引起的直流母線電壓波動，使得直流變壓器的功率控制策略更加復雜。保持多工況下直流母線潮流合理的分配與轉移以及維持直流母線電壓穩定，是直流變壓器功率控制的核心目標。現有的文獻中，對兩端口直流變壓器功率控制策略的研究主要集中在負載投切、輸入電壓脈動等工況下保持輸出端口電壓穩定［63-69］；對多端口直流變壓器功率控制策略的研究主要集中在考慮分布式能源接入后的端口能量管理［70-76］。

針對兩端口直流變壓器，文獻［63］提出了一種DAB 變換器的直接功率控制方法，利用電壓外環PI控制器校正參數偏差，避免了硬件參數誤差對控制精度產生的影響，同時將輸入、輸出電壓加入控制環路中，提高了DAB 變換器在輸入電壓脈動下的動態響應能力。文獻［64］在直接功率控制的基礎上，提出了基于負載電流前饋的DAB 變換器功率控制方法，如附錄中圖A14 所示。通過將負載電流加入移相占空比的求取環節中，可以在負載突變時維持輸出電壓基本不變。文獻［65］建立了DAB 變換器輸出電壓離散模型，提出了一種基于模型前饋的電流應力優化方法，在提升變換器運行效率的同時，提高了變換器對負載突變和輸入電壓突變的響應能力。文獻［66］建立了基于開關信號函數的DAB 變換器線性動態模型，可以準確表征DAB 變換器對參考電壓和負載電流變化的瞬態響應，并提出了基于負載電流前饋和死區時間補償的DAB 變換器功率控制策略。文獻［67］提出了一種電流模式調制下DAB轉換器的負載前饋控制策略，并建立了線性和非線性前饋控制模型。

針對多端口直流變壓器，文獻［70］提出了應用于風能／光伏混合發電系統的多端口直流變壓器功率管理策略。文獻［71］構建了基于三端口直流變壓器的智能住宅微電網系統，提出了基于模糊控制的能量管理單元，根據實時和長期預測的能量產生和消耗數據選擇合理運行模式。文獻［72］提出了電動汽車站中多電源和多負載之間的功率切換和功率流動策略，可以同時對多個具有不同電壓和功率等級的電動汽車進行充電。文獻［73］研究了連接燃料電池、超級電容和電網的三端口直流變壓器并／離網運行策略。文獻［74］利用電壓下垂和移相控制實現了多電飛機中多電源之間的能量交互。文獻［75］提出了一種基于電壓下垂的直流微電網混合儲能控制策略，通過直流母線電壓、超級電容電壓及蓄電池荷電狀態自動切換工作模式。單一的下垂控制在對直流微電網間能量交換的協調控制上具有較大局限性，容易受到敏感負荷、電壓跌落、線路參數等因素的影響，為此文獻［76］提出了基于標幺化下垂移相的三端口直流變壓器功率協調控制策略，如附錄中圖A15 所示。將單母線直流微電網的電壓-有功功率下垂特性標幺化，得到不同電壓等級直流微電網間需交互的能量，實現在正常、不正常和功率故障等多種運行狀態下對直流電網的功率支撐。

現有文獻對直流變壓器在多工況下的功率控制策略研究取得了豐富的成果，但對直流變壓器運行工況的全面梳理還有待完善，對不同運行工況下直流變壓器的端口能量交互機理、多運行模式間直流變壓器的無縫切換控制策略等關鍵問題的研究也有待進一步深入。

3.5 解耦控制策略

對于電耦合型多端口直流變壓器，通常采用主從控制策略，端口間一般不存在耦合功率。對于磁耦合型多端口直流變壓器，受移相控制策略影響，方波電壓存在移相角的端口之間均有功率流動，因此同為輸入或輸出端口之間存在耦合功率，圖9 給出了單輸入雙輸出模式下TAB 變換器的等效電路圖。圖中，端口1 為輸入端口；端口2、3 為輸出端口；v0為三繞組變壓器中性點電壓；Pij為端口i、j之間的等效傳輸功率（i，j=1，2，3 且i≠j）；Pi為端口i的輸入或輸出功率；Lij為端口i、j之間的等效電感；L1為端口1輔助電感；L′2、L′3分別為端口2、3 輔助電感折算至端口1 的等效電感；vH1為端口1 橋臂中點輸出電壓；v′H2、v′H3分別為端口2、3 橋臂中點輸出電壓折算至端口1的等效電壓。從圖9（a）中可以看到，由于等效電感L23支路的存在，輸出端口2、3 之間存在耦合功率。耦合功率的存在加劇了端口間的相互影響，在某一端口出現電壓或功率波動時，將導致耦合端口也發生波動，嚴重影響了直流變壓器的穩定運行。對此，現有的解耦策略主要包括軟件解耦和硬件解耦。

圖9 TAB變換器的等效電路Fig.9 Equivalent circuit of TAB converter

常用的軟件解耦策略包括前饋解耦、逆矩陣解耦和單位矩陣解耦等策略。文獻［77］建立了SPS 控制策略下的TAB 變換器小信號模型，提出了基于逆矩陣的解耦策略。文獻［78］提出了一種基于神經網絡的解耦矩陣在線計算方法，可以降低解耦算法復雜度，但該方法只適用于固定參數，靈活度不高。為避免前饋解耦策略中產生的電流諧振尖峰，文獻［79］在控制環路中增加了虛擬電阻，消除了解耦控制策略中的電流諧振，改善了系統的動態性能。文獻［80］提出了一種針對TAB 變換器的模型預測控制策略，在不借助解耦矩陣的情況下達到了功率解耦的效果。

在硬件解耦策略方面，文獻［81］提出了基于半橋諧振網絡的硬件解耦策略，拓撲結構和等效電路如附錄中圖A16所示。在變壓器和輔助電感之間串入電容構成諧振網絡，當串聯電感和電容發生諧振時，諧振端口等效電抗趨近于0，諧振端口方波電源直接連接至多繞組變壓器中性點v0，使得相互耦合的3條支路變為2條獨立支路，達到了功率解耦的效果。文獻［82］提出了一種LCLC 型多諧振三端口雙向直流變換器拓撲，建立了蓄電池端口和超級電容端口之間的功率耦合模型，并提出了基于硬件參數和開關器件驅動頻率選型的減小功率耦合的方法。

硬件解耦策略解耦精度高，控制也較為簡便，但由于增加了解耦網絡，改變了直流變壓器的功率傳輸特性和工作模式。軟件解耦策略需要準確獲取直流變壓器硬件參數和運行參數，而在實際工況中，部分硬件參數和運行參數會隨直流變壓器工作狀態的改變而改變，難以準確獲取。因此，如何準確獲取解耦矩陣是提高軟件解耦策略的解耦精度需要解決的關鍵問題。

4 高頻變壓器

高頻變壓器是直流變壓器的重要組成部分，對直流變壓器的運行特性有著直接影響。高頻變壓器可用于直流變壓器中高頻鏈電壓幅值的升降，有助于實現高增益的直流電能變換；高頻變壓器的漏感直接影響了DAB 變換器的最大傳輸功率；高頻變壓器的勵磁電感和諧振單元參數匹配，才能實現諧振變換器寬工作范圍內的軟開關。相比于傳統工頻變壓器，高頻變壓器在體積、重量等方面也具有明顯優勢，進一步提高了直流變壓器的功率密度。此外，高頻變壓器還提供了良好的電氣隔離特性，有效防止了故障擴散。現有的文獻對高頻變壓器的設計理論與研制方法開展了豐富的研究，本節對高頻變壓器的磁芯材料、繞組結構、絕緣和散熱等關鍵技術進行了討論。

4.1 磁芯材料

高頻變壓器的磁芯材料通常具有高磁飽和密度和高磁導率。較高的磁飽和密度可以減小高頻變壓器體積，較高的磁導率可以降低磁芯損耗［83］。此外，高頻變壓器磁芯選型時重點關注的參數還包括居里溫度、電阻率、磁致伸縮系數、單位損耗等。高頻變壓器常用的磁芯材料主要包括硅鋼片、鐵氧體、非晶合金和納米晶等。

硅鋼片是一種含碳量極低的硅鐵軟磁合金，具有較高的磁導率和磁通密度，但隨著工作頻率的增加，硅鋼片磁芯損耗將大幅提升，因此硅鋼片通常應用于低頻工作場合。鐵氧體高頻損耗相比硅鋼片較低，但其磁飽和密度低，一般為硅鋼片的1/3 左右。因此，同樣的設計指標下，采用鐵氧體的高頻變壓器體積相比采用硅鋼片的高頻變壓器較大。常用的非晶合金種類包括鐵基、鐵鎳基、鈷基、超微晶合金等［84］，非晶合金具有較高的磁導率和磁飽和密度，損耗相比硅鋼片可以減小60%～70%，廣泛用于配電變壓器、大功率開關電源等場合，但非晶合金磁致伸縮效應明顯，導致高頻變壓器振動和噪聲較大［85］。納米晶相比其他幾種磁芯材料具有出色的綜合性能，不但具有較高的磁飽和密度和磁導率，還具備較低的損耗，但其制作成本較高，因此使用范圍受限。文獻［86］研制了2 臺具有相同容量、分別采用硅鋼片和納米晶作為磁芯材料的高頻變壓器，采用納米晶作為磁芯材料的高頻變壓器的體積和重量減小超過85%。

表1 給出了3 種磁芯材料的主要參數［87］，表2 對比了主要磁芯材料的性能并給出了不同磁芯材料的適用場合［83-85］。從表1和表2中可以看到，各種磁芯材料參數存在較大差異，難以同時兼顧損耗小、成本低、功率密度高等特性。在磁芯材料選型時，除對比不同磁芯材料主要參數外，還應當充分結合高頻變壓器實際工作場合及直流變壓器運行特性，從而確定最優磁芯材料選型。

表1 3種磁芯材料參數［87］Table 1 Parameters of three core materials［87］

表2 主要磁芯材料性能比較［83-85］Table 2 Comparison of material characteristics of main magnetic cores［83-85］

4.2 繞組結構

高頻變壓器常采用銅箔、圓導體及利茲線作為繞組材料。在高頻下受導體自身的集膚效應及相鄰導體的鄰近效應影響，高頻變壓器繞組導體中電流密度分布不均勻，繞組損耗加劇。為降低繞組損耗，一般采用利茲線以螺線管的形式纏繞在磁芯上［88］。

高頻變壓器常見的繞組結構有無交叉式、三明治式和交叉換位式3 種，如附錄中圖A17 所示。無交叉式結構中原、副邊繞組完全分開繞制，工藝相對簡單，但會引起很大的漏感，并導致鄰近效應增強，變壓器銅損較大；三明治式結構中原、副邊繞組隔層交叉繞制，工藝較為復雜，漏感和鄰近效應相較無交叉式結構較小，相應地變壓器銅損也降低；交叉換位式結構中原、副邊繞組每層交叉繞制，工藝最為復雜，但漏感和鄰近效應得到了進一步降低。此外，采用交叉換位式結構的高頻變壓器故障率低，可靠性和效率均得到了提高［89］。

繞組損耗實質是高頻變壓器繞組導體的歐姆損耗［90］，其損耗特性隨工作頻率的變化而變化。高頻運行時，繞組內存在較大交流損耗。對于工頻變壓器，由于繞組的交流電阻與直流電阻幾乎相等，可以將直流電阻近似等效為工作電阻。對于高頻變壓器，高頻效應增加了繞組的交流電阻，且遠大于直流電阻［85］，因此高頻變壓器繞組的損耗計算中需重點考慮高頻交流損耗。此外，高頻變壓器的繞組結構會影響其窗口內磁場分布，進而影響繞組內渦流場分布，使繞組損耗分析更為復雜［91］。目前，繞組損耗的計算方法主要有：用于計算銅箔繞組交流電阻的Dowell模型［92］；在Dowell模型的基礎上，考慮集膚效應和鄰近效應，用于計算圓導體交流電阻的Ferreira 模型［93］；用于計算利茲線繞組損耗的Bartoli和Tourkhani模型等［94-95］。

4.3 絕緣和散熱

相比工頻變壓器，高頻變壓器大幅降低了體積，提高了功率密度，但減小了絕緣距離和散熱面積。高頻高壓場合下的復雜工況，如高頻脈沖、混合頻率應力等，加速了絕緣材料的老化，增加了絕緣擊穿的風險［83，96-97］。此外，高頻變壓器多為干式變壓器，對緊湊型設計的要求高，導致其絕緣和散熱的設計相比傳統變壓器難度更大。

高頻變壓器的絕緣設計主要包括主絕緣設計和繞組間絕緣設計［85］。常用的主絕緣方式包括環氧樹脂澆注和油浸式。環氧樹脂澆注的絕緣性能好，但熱導率低。油浸式的散熱性能佳，但高頻下鐵芯振動產生的碎屑會進入變壓器油中，導致絕緣失效［84］。繞組間絕緣則通常采用漆包線漆或絕緣紙分隔繞組導線［83］。

高頻變壓器的散熱方式主要有自然對流、強迫風冷、水冷、油冷等。自然對流是高頻變壓器最理想的散熱形式，但需要足夠大的空間，不利于裝備的緊湊型設計。水冷與油冷可以較好地滿足高頻變壓器的散熱需求，但增大了變壓器的重量，也增加了絕緣設計的難度。強迫風冷具有較好的綜合性能，采用強迫風冷散熱方式的變壓器輸出容量可提高50%［83］。

高頻變壓器能提高直流變壓器功率密度和傳輸效率，但由于長期工作在高壓高頻和大功率場合下，其設計存在諸多難題。除磁芯損耗、繞組損耗、絕緣和散熱設計外，隨著工作頻率的提高，高頻變壓器分布參數對自身和電力電子器件產生的影響也顯著增加。在高頻變壓器的設計過程中，應結合直流變壓器的實際運行工況和功率傳輸特性，開展對磁芯材料、繞組結構、絕緣和散熱等設計指標的多目標聯合優化，兼顧高效能量傳輸和可靠運行。

5 總結與展望

直流變壓器是具有直流電壓變換與直流電能分配能力的高效電力電子裝備，是直流電網發展與建設的關鍵技術。本文針對中低壓直流變壓器的發展現狀進行了總結和分析，主要包括直流變壓器的基本功能和運行場景、直流變壓器的拓撲結構和控制策略、高頻變壓器的關鍵技術等。近年來，直流變壓器的發展已經頗具規模，在理論工作研究和工程樣機研制等方面都取得了重大突破。對于未來直流變壓器的研究，筆者有以下展望。

（1）面向全局的直流變壓器運行效率提升方法。現有的研究針對直流變壓器的運行效率取得了豐富的研究成果，但對直流變壓器的效率優化方法尚未取得統一的結論，對直流變壓器內部環流、無功功率等物理量也無精準闡釋。在后續的研究工作中，可以重點開展直流變壓器內部電磁能量交互機理分析，構建直流變壓器完備精確的損耗模型，發掘影響直流變壓器運行效率的核心因素，從而提出面向全局的直流變壓器運行效率優化理論和方法。

（2）多工況下直流變壓器瞬態能量平衡控制方法。在實際運行中，直流變壓器面臨分布式能源波動、負荷隨機投切、電網異常擾動、運行方式改變等復雜工況，導致直流變壓器端口間能量交互頻繁，對直流母線電壓和直流電網內的潮流分配與轉移造成了嚴重影響。建立多時間尺度下直流變壓器瞬態能量交互模型，探索多工況下直流變壓器瞬態能量流動平衡機理，實現直流變壓器在多運行模式間的無縫切換，確保直流電網內能量的平穩流動，是未來直流變壓器多工況運行研究中值得關注的方向。

（3）直流變壓器容錯技術研究。直流電網短路、斷線等故障引起的直流母線電壓突變，對直流變壓器的運行與控制造成嚴重影響，直流變壓器自身功率器件、高頻變壓器等硬件設備故障也將危及直流電網的穩定運行。目前，針對直流變壓器外部故障的研究集中在含直流變壓器的直流電網極間、極地短路故障的識別和定位，針對直流變壓器本體故障的研究集中在功率器件開路故障下直流變壓器的容錯運行策略，對直流變壓器穩定運行影響最為嚴重的短路故障鮮有研究。為保障直流變壓器在劇烈電壓擾動及自身局部故障等極端工況下的穩定可靠運行，實現直流電網的高可靠供電，需對直流變壓器的故障容錯技術開展深入研究，包括直流變壓器故障態下的運行機理分析、運行邊界刻畫和容錯運行策略研究等。

（4）高壓大功率高頻變壓器的設計和制造。高壓大功率的工作場合增加了高頻變壓器絕緣材料擊穿的風險；體積的大幅減小，使得高頻變壓器散熱面積減小，導致高頻變壓器的散熱問題突出；工作頻率的提高，使得變壓器分布參數對功率器件和直流變壓器運行特性產生的影響顯著增強，給高頻變壓器的設計和制造帶來了嚴峻挑戰。在未來的研究中，刻畫高壓高頻場合下磁芯繞組損耗分布特性，剖析高頻高溫等惡劣工況下絕緣材料的老化機理，開展高頻變壓器散熱優化設計與綜合熱管理，探索寄生參數高精度量測方法，完善高壓大功率場合下高頻變壓器的設計理論和制造方法，對提高高頻變壓器的運行效率和功率密度、保障直流變壓器安全穩定運行具有重要意義。

（5）新型功率器件在直流變壓器中的應用。直流變壓器是高度電力電子化的電能變換裝備，功率器件的發展水平直接影響了直流變壓器的運行效率、功率密度、可靠性和應用場合。新型功率器件包括以碳化硅SiC（Silicon Carbide）功率器件為代表的寬禁帶半導體功率器件，也包括近年來得到廣泛關注的混合功率器件。相比于硅基功率器件，SiC功率器件在開關速度、耐壓等級和導通損耗等方面有明顯優勢。但現階段SiC 功率器件還不能完全代替硅基器件，一方面目前尚無商用的高壓SiC 功率器件，另一方面，高開關頻率下的串擾電壓、短路耐受時間短等因素降低了SiC 功率器件的可靠性，制約了SiC功率器件在高壓大功率場合下的應用。對于混合功率器件，其通常將優劣互補的2 種功率器件進行組合，充分發揮2 種功率器件的優勢，彌補各自不足，具有“1+1>2”的效果。混合功率器件應用的關鍵在于與電力電子裝備的實際運行特性相結合，但目前在混合功率器件的設計與應用方面還未形成成熟的體系，是未來研究中值得重點關注的方向。

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