随着全球化石能源的逐渐减少和对电力需求的与日俱增,新能源发电及其储能技术迅速发展,由于可再生能源、储能系统以及多电压等级直流负载的接入,电力系统势必走向多电能流动方向、多电压等级的输配电形式,能源互联网概念也由此而生。而对于能源互联网中的重要环节——能量路由器来说,其电压等级通常远高于新能源发电装置、储能系统以及低压直流负荷等,在这一实际应用背景下,高增益直流变换器成为此类能源与直流配电网互联的重要解决方案之一,为此本文提出了一种适于能量路由器的模块化高增益直流变换器(modular high-gain DC/DC converter,MHGDC)。鉴于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高度模块化和冗余性等优势,本文提出的MHGDC在传统升/降压变换器拓扑基础上,引入半桥子模块(half-bridgesub-module,HBSM)级联的“阀组”式电路结构取代传统电路中的可控开关元件,进而实现高电压增益变换。本文首先提出了 MHGDC的基本调制策略,并分别在升压和降压状态下对其基本工作原理进行了详细分析。根据对应工作阶段内的电路状态推导出相应的电压增益关系表达式。在此基础上,针对电路结构特点,研究了 MHGDC的高增益控制策略、输出稳压控制策略以及子模块电容电压均衡控制策略,为变换器的稳定运行提供了良好的控制基础。此外,本文提出了 MHGDC的电路参数设计及其损耗分布计算方法,并对寄生参数对变换器的影响开展分析,设计了主电路的参数并进行了仿真验证。综合以上理论分析及其仿真结果,表明本文对MHGDC工作原理分析和参数设计方法的正确性,并证明了所提出的调制方法和控制策略的合理性和可行性。最后,本文搭建了 MHGDC实验平台,对其典型工作状态开展了稳态及动态实验验证。实验结果与理论分析以及仿真均具有较好的一致性,验证了所提出的MHGDC具有良好的实际应用前景。