小型轻量化是现代高速列车的主要发展趋势与关键技术之一。为了实现高速列车的小型轻量化,电力电子牵引变压器(Power Traction Electronic Transformer,PETT)成为新一代高速列车的关键设备。因此,本文以PETT为应用背景,以其核心组成部分之一双有源全桥(Dual-Active-Bridge,DAB)DC-DC变换器为对象,为了提升效率与动态性能,开展了其控制优化技术研究。首先,针对单个DAB变换器,建立了单重相移调制下输出电压的状态空间平均模型,并推导了输出电压的离散模型,给出了一种基于单相移调制的模型前馈控制方法以提高变换器在输入电压突变和负载扰动情况下输出电压的动态响应速度。同时,完成了模型前馈控制器对于变换器电路参数的敏感性分析。进一步地,基于变换器的小信号模型分析了模型前馈控制器中控制参数设计及控制系统稳定性。通过实验证明了所提出的控制方法能够提高变换器动态性能,同时具有弱的参数依赖性。其次,为了同时提高DAB变换器效率和动态性能,研究了一种基于扩展相移调制的多目标优化控制方法。该方法分析和完善了变换器在扩展相移调制下的功率模型和电流应力模型,进一步结合拉格朗日乘子法和直接功率控制以同时提高效率和动态性能。通过实验证明了所提出的控制方法能够同时提高变换器的效率和动态性能。然后,针对PETT中的输出并联DAB变换器,分析了PETT中级联整流器(Cascaded H-Bridge,CHB)控制与不控直流侧电压平衡对于输出并联DAB变换器的影响,并揭示了其作用机理,即当CHB控制直流侧电压平衡时,DAB变换器等效为输入独立输出并联连接;当CHB不控直流侧电压平衡时,DAB变换器等效为输入串联输出并联连接。进一步地,针对输入独立输出并联连接DAB变换器,研究了一种基于双重相移调制的功率自平衡模型前馈控制方法,以同时实现各模块的传输功率平衡、效率优化及在输入电压波动和负载扰动条件下输出电压动态响应能力的提升。通过实验证明了所提出的方法能够同时提高变换器的效率和动态性能,实现各模块的传输功率平衡。最后,为了在实现输出并联DAB变换器多个目标优化的同时,兼顾CHB变换器的交流侧电流品质,研究了一种针对输入串联输出并联DAB变换器的多模块优化功率平衡方法。通过引入虚拟功率并定义动态功率分量以提高变换器的效率和动态响应能力,并实现全功率范围内的功率平衡。同时该方法控制结构简单,大大降低了控制器的计算负担,便于模块化推广。通过实验证明了所提出的控制方法能够在提高变换器的效率和动态性能的同时,实现直流侧电压和传输功率平衡,并保证交流电流的品质。