为遏制全球变暖的严峻趋势,走可持续发展之路,“碳达峰、碳中和”已纳入国家发展战略。电力碳中和路径是构建以新能源为主体的新型电力系统,直流生态运行模式是一种极具潜力的综合解决思路。双有源全桥（Dual Active Bridge,DAB）变换器因其具有电流隔离、双向潮流能力、高控制自由度以及宽软开关范围等被认为是直流生态运行模式下的核心拓扑结构,承担着不同电压等级的直流母线以及各类直流负载之间的互联任务。然而,DAB变换器在宽电压范围下满载和轻载的效率相差超过10%,是制约其进一步产业化发展的瓶颈。因此,如何保证DAB变换器在全工作域的高效率运行是需要突破的关键难题。据此,本文以DAB变换器为研究对象,针对其效率问题,从硬件和软件入手,围绕调制策略、分析模型以及主电路参数优化等方面开展研究工作。首先,在调制策略方面,针对DAB变换器轻载时由于存在回流功率和软开关特性丢失而导致的低效率问题,分别提出了最优非对称占空比调制（Optimal Asymmetric Duty Modulation,OADM）策略和最优五自由度（Optimal FiveDegrees-of-Freedom,O5-DOFs）调制策略。其中,在OADM策略中,以三自由度非对称占空比调制策略为基础,通过构造耦合度低的电感电流峰峰值为优化目标,从而在提高变换器效率的同时,简化了优化算法复杂度。进一步地,通过系统性研究三自由度对称和非对称占空比调制策略各自的传输特性与优势范围,提出了五自由度调制方式,实现了所有移相调制策略的统一。在此基础上,通过对导通损耗和开关损耗多角度考虑,形成的O5-DOFs调制策略,能够在保证功率开关管在实现软开关的同时最小化电感电流有效值,实现了变换效率的提升。其次,在分析模型方面,针对DAB变换器缺乏兼具准确性和实用性的模型以更好指导主电路参数优化设计的问题,提出了同时考虑理想稳态过程和瞬态开关过程的多时间尺度建模方法,在确保精度的情况下实现分析模型简化。一方面,在功率器件模型方面只考虑寄生电容随漏-源电压的非线性变化。另一方面,以最一般的五自由度调制策略为例,对功率开关管所在电流回路进行分析,并建立统一的状态方程。最后,形成了完整的周期稳态分析模型（Periodic-Steady-State Analysis Model,PSSAM）。该模型除了能够准确预测传输功率、电感电流等稳态特性量,还能准确预测不完全零电压开关下的剩余电压。与现有的商业软件相比,PSSAM能够大大提高仿真速度,计算时间减少约28-61倍,有效提升了DAB变换器优化设计时的便利性。最后,在主电路参数的优化设计方面,针对DAB变换器缺乏简单定量的数字优化设计方法的问题,通过提出安全设计空间和优化设计空间的准则,对变压器变比和电感值逐步约束,并结合损耗分析的预测结果确定最优参数。其中,安全设计空间主要包括传输功率和电感电流应力的约束,满足该区域的参数能够确保DAB变换器正常工作。性能优化空间主要包括对电感电流RMS和软开关范围的优化,满足该区域的参数能够确保DAB变换器高性能的工作。最终所获取的参数能够很好的匹配O5-DOFs调制策略,提高了整个工作域变换器的加权平均效率。综上所述,本论文系统地研究了DAB变换器的调制策略、分析模型以及主电路参数优化设计,全面提高了DAB变换器的变换效率,突破轻载低效运行的技术瓶颈,为DAB变换器的产业化应用提供了新的理论、方法和技术支撑。