双向直流变换器是蓄电池、超级电容等低压储能设备与直流母线连接来实现能量双向传输的关键设备。蓄电池电压一般较低且变化范围较大,要求双向直流变换器具备高电压增益、宽电压范围调节能力。此外,随着储能系统容量的增加,需要通过变换器的并联来扩充系统容量,如何实现全运行范围内高效率双向电能变换,同时兼顾多蓄电池模块之间荷电状态的平衡,是其中的主要挑战之一。本文首先研究了基于非隔离双向Buck/Boost变换器和直流变压器集成的高增益比非隔离双向直流变换器拓扑结构,通过将双向Buck/Boost变换器与直流变压器共用开关桥臂并将两者输出电压叠加,提高了电压增益并减少了器件数量,以高增益比双向全桥直流变换器为例详细分析了变换器的工作原理、控制策略和特性,采用PWM+移相控制实现了电压调节和双向功率调节控制,并在很宽运行范围内实现了所有开关器件的软开关,通过1000W实验样机验证了分析的正确性。进一步,研究了高增益比双向直流变换器的三端口运行控制,将高增益比双向变换器的中间端口作为对外功率接口,能够实现三个端口的双向功率传输,以半桥高增益比双向变换器为例进行了详细的分析和实验验证。在此基础上,基于高增益比双向变换器的三端口运行原理,构建了能够同时兼顾多储能单元独立充放电调节和系统效率优化的双向三端口并联架构,利用高增益比双向变换器的中间端口作为各功率模块之间能量传输环节,实现了系统轻载效率的优化,最后搭建了两台1000W的实验样机进行实验验证。实验结果证明了理论分析的正确性和所研究方案的有效性。