独立新能源供电系统在混合动力汽车和航天卫星供电等场合应用广泛。但由于环境因素不稳定的影响,其输出电能存在着间歇性和不稳定性的特点。为解决输入与输出间实时功率不匹配的矛盾,独立新能源供电系统中必须配备蓄电池或超级电容等储能环节。为了连接输入源、储能端口和负载端口,传统方案常常需要采用独立的单向和双向变换器。与之相比,三端口变换器(Three-Port Converter,TPC)有着高集成度、高效率和能量管理统一化等优点。论文从满足储能元件单独的充放电回路出发,将以储能元件为中心的H桥式结构(简称H桥)嵌入传统Buck、Boost和Buck/Boost变换器,衍生了一族非隔离TPC;根据电路元件的组成和连接方式,将嵌入传统变换器的方式分为H桥不接入传统变换器元件的直接嵌入和接入传统变换器元件的间接嵌入传统变换器两类;对于所衍生的非隔离TPC,给出了其电压限制条件,同时分析了基于H桥部分隔离型TPC的衍生方法。研究结果表明:基于H桥式的TPC衍生方法具有推导简单易行的特点,所衍生的TPC拓扑集成度高、单电感和端口间单级功率转换的优势。在衍生TPC的基础上,分析和总结了H桥不同嵌入方式所衍生变换器的功率流向结构和工作模式;以H桥接入Buck变换器负载衍生的两种TPC为例,对比分析了其在不同电压限制条件下的工作模态和工作范围。研究结果表明:H桥不同的嵌入位置和嵌入方式会引起衍生TPC工作模式、功率流向结构及工作范围的多样性,工程人员可根据实际应用场合对变换器进行筛选。以LP-3-Buck/Boost TPC为例,运用状态空间平均法对其进行小信号建模;设计了该变换器的能量管理策略,使其可根据端口间功率关系的变化在双输出模式、双输入模式和蓄电池单独供电模式间自动平滑切换;搭建了LP-3-Buck/Boost TPC原理样机及闭环仿真模型,验证了其工作原理和能量管理策略的可行性。将基于H桥非隔离三端口变换器的衍生方法进一步推广应用于非隔离多端口变换器拓扑,衍生出了不同类型多端口变换器拓扑;以S-1-L-1多端口变换器为例,分析了其不同工作模式下的工作模态,推导了其端口间电压关系式;最后搭建了S-1-L-1多端口变换器仿真模型,验证了不同工作模式下的工作模态分析的正确性。