随着化石能源的日益枯竭,可再生能源获得了越来越多的关注。但可再生能源具有随机性、间歇性以及动态响应较慢特点,因此往往需要增加储能设备,以实现能量供给的稳定,并快速响应的负载能量的需求。对再生能源端口、储能端口和负载端口进行能量管理的传统方案是采用多个电力电子变换装置,但该方法元件利用率低、体积成本大且控制复杂;而三端口变换器是一种能够同时连接三个端口的集成变换器,具有其结构紧凑、体积成本小、便于集中控制等优点,在注重成本与体积的中小功率可再生能源系统里具有巨大的应用潜力。针对非隔离型三端口变换器在中小功率场合中面临的问题,本文展开的研究内容如下:非隔离型三端口变换器由于没有变压器进行端口电压匹配,端口之间存在较为严格的电压约束关系,其工作范围受到限制。针对这一问题,本文以两开关管Buck/Boost变换器为基础,通过增加一个开关管和一个二极管来连接储能端口,形成了紧凑的可变结构非隔离型三端口变换器。针对三个端口电压的实时变化,该三端口变换器的结构可在Buck、Buck/Boost以及Boost之间灵活变化,从而弱化了端口之间的电压约束,扩展了变换器的工作范围。非隔离型三端口变换器不存在变压器,不能利用磁耦合对多个端口同时吸收或释放能量。部分三端口变换器以电感作为能量传递的桥梁,采用分时方法在两个端口之间传输功率,这导致器件容量利用率较低,影响三端口变换器的工作范围以及对负载突变的快速响应能力。针对这一问题,本文以经典的两端口非隔离型变换器为基础,通过由两个开关管、两个二极管组成的桥式结构来连接储能端口,形成了一系列端口间可同时传输功率的三端口变换器,打破了分时策略的限制,进一步拓展了三端口变换器的运行范围。利用这一特点,这类三端口变换器有能力快速响应负载突变,因而具有较好的动态特性。基于对所提出的两类三端口变换器的工作模式进行了全面的分析和总结,本文进一步归纳了该类三端口变换器的拓扑演化规律,揭示了电路约束与工作模式之间的内在联系,形成了一套具备全部工作模式的三端口变换器的设计方法,并给出一种补齐三端口变换器工作模式的思路。同时本文还将上述思路推广至隔离型三端口变换器,依此设计了一种漏感能量回馈型全模式flyback三端口变换器。上述工作利用可变的端口结构,串联的储能端口,以及全面的工作模式实现了三端口变换器的宽范围运行,但其多变的运行状态也对控制策略提出了更高的要求。本文以运行过程的时间尺度为依据,将三端口变换器的控制策略划分为调制方法优化、模式切换及变结构切换三个层次。本文在这三个层次分别设计控制策略,从而进一步优化了三端口变换器的性能,并实现了三端口变换器在不同端口结构以及工作模式之间的平滑切换。最后,本文给出了三端口变换器的完整设计流程。