随着世界性能源和环境问题日益严峻，可再生能源的利用受到越来越广泛地关注。然而，太阳能、风能等可再生能源的输出具有间歇性、时变性和不稳定性的特点。为了提高系统的稳定性以及新能源的利用率，可再生能源系统中需配备储能单元，对电能进行存储和调节，保证系统的供电稳定性。
传统的新能源发电系统中，新能源发电单元、储能单元和负载单元分别通过独立的变换器进行连接，变换器数量多、系统结构复杂。通过采用三端口变换器替代独立变换器可以提升系统的效率和可靠性，降低系统成本，已经成为近年来新的研究和应用热点，因此天津理工大学电气电子工程学院、天津大学智能电网教育部重点实验室的研究人员李微、王议锋等，在2018年第14期《电工技术学报》上撰文，对三端口变换器进行了研究。
三端口变换器按照其隔离方式可分为非隔离型、半隔离型和隔离型三种。非隔离拓扑具有结构简单、效率较高、易于扩展等优点。但其电压增益一般较低，为解决此问题，有研究者采用了串联输入、并联输出结构，有效地缓解了变换器的电压电流应力，并且对通道间的均压均流控制方法展开了深入研究。
半隔离型结构由于引入了一个隔离变压器，明显地扩大了电压增益范围，此外，半隔离型结构中两个端口间功率器件复用，集成度较高。然而，非隔离型和半隔离型拓扑均无法适用于三端口间必须完全隔离的应用背景[10-14]。因而，仍需对隔离型三端口变换器展开深入研究。
目前，已经有大量学者对隔离型三端口变换器拓扑结构进行了研究。由双有源桥（Dual-Active- Bridge, DAB）扩展得到的三有源桥（Triple-Active- Bridge, TAB）结构，由一个三绕组变压器、三个全桥以及三个储能电感组成，具有三端口隔离、能量双向流动、开关管零电压开通（Zero Voltage Switching, ZVS）特性以及采用移相控制进行三端口间功率控制的优点。
然而TAB结构中，三端口间存在能量耦合，需要在控制回路中加入解耦算法，控制方法复杂。此外，TAB中传输功率的大小与储能电感阻抗成反比，而储能电感一定大于变压器漏感，因此在大功率情况下需降低变换器的开关频率。在某文献中，TAB结构的开关频率均为20kHz，较低的开关频率不利于提高系统的功率密度。
串联谐振三端口变换器（Series-Resonant Three- Port-Converter, SR-TPC），将LC串联谐振腔引入到TAB拓扑中，该拓扑延续了TAB拓扑能量双向流动、开关管ZVS特性以及采用移相控制进行能量管理等优点。而谐振腔阻抗由谐振腔电感、谐振电容以及开关频率共同决定，从而保证SR-TPC可以在较高频率下实现大功率传输。
在另外的研究文献中，SR-TPC的工作频率为100kHz，明显高于TAB的20kHz，有利于提高变换器的功率密度。同时由于SR-TPC中仅有两个谐振腔，变压器电压由第三个端口钳位，因此，三端口间能量解耦，控制回路中无需解耦算法，控制简单。
然而，SR-TPC的功率大小与移相角正弦量成正比，在轻载情况下，由于移相角过小，开关管关断电流过小，谐振腔储存的能量不足，导致开关管失去ZVS特性。此外，由于串联谐振腔仅具有一个串联谐振频率，所以只能够对全桥变换器的输出方波中的基频分量进行传递，谐振电流具有单个谐振峰，电流应力较大。
为解决上述问题，本文作者考虑将多谐振（Multi- Resonant, MR）结构引入上述拓扑改善其工作特性。美国电力电子系统研究中心（Center for Power Electronics Systems, CPES）已经针对多谐振变换器展开了深入研究，提出了一系列的多元件谐振结构，并且改善了谐振型DC-DC变换器的增益特性、频率调节特性，提升了其短路保护能力及保持时间。然而其工作主要是针对采用调频控制的单输入单输出应用背景，目前尚无文献对多谐振结构在三端口变换器中的工作特性展开深入研究。
本文作者提出了一种隔离型多谐振三端口双向DC- DC变换器。该变换器采用LCLC多谐振结构，谐振腔具有基频和三倍频两个串联谐振频率和一个二倍频并联谐振频率，可以对全桥变换器输出方波中的基频和三倍频能量进行传递，谐振腔电流是由基频和三倍频叠加的马鞍波，具有两个峰值，降低了谐振腔电流应力。
此外，由于基频和三倍频的叠加，谐振腔电流过零点斜率增大，因而增大了轻载情况下的关断电流，并且通过调整轻载情况下的开关频率，保证变换器三端口中所有开关管在轻载情况下的ZVS特性。最后，搭建1.5kW实验平台并进行实验验证，变换器正向和反向最高效率分别为96.7%和96.9%，正向和反向额定功率情况下效率分别为96.2%和96.5%。
图1 LCLC多谐振三端口双向DC-DC变换器结构
