随着能源紧缺和环境污染问题日益突出,大规模新能源发电及储能系统得到了快速发展和应用。在此大背景下,可将新能源发电系统广泛接入电网,且易于实现能源消费结构转型及电能智能化控制的能源互联网应运而生。作为能源互联网的核心设备之一,电力电子能量路由器（electrical energy router,EER）具有高低压侧电气隔离、功率双向传输、多电压等级接口、便于新能源及储能设备接入等诸多优势。因此,本文以EER为应用背景,以其核心组成单元之一的输入串联输出并联双有源桥（input-series output-parallel dual-active-bridge,ISOP-DAB）直流变换器为对象,主要在工作原理、回流功率与动态性能等方面开展相关控制优化技术研究。首先,分析了ISOP-DAB变换器在单移相（single-phase-shift,SPS）和扩展移相（extended-phase-shift,EPS）下的工作原理及功率特性。在工作模态分析的基础上,分别建立了SPS与EPS控制下的电感电流数学模型,推导了SPS与EPS控制下的传输功率表达式并进行对比分析。分析表明EPS与SPS控制相比增加了系统控制自由度及灵活性,并在一定程度上增加了功率传输范围。其次,在前述对SPS控制分析的基础上提出了一种用于解决其输入电容电压均衡、输出电压稳定及动态响应较慢问题的混合模型预测控制策略。建立了ISOPDAB变换器在SPS控制下的数学模型,并推导了输入电容电压及输出电压状态空间平均化方程。在此基础上,构建了输出电压及输入电容电压目标函数,分别求解出其对应的预测控制模型,进而得到了基于ISOP-DAB变换器的混合模型预测控制策略,并通过仿真结果验证了所提控制策略的可行性。然后,针对SPS控制下ISOP-DAB变换器的回流功率问题,本文提出了一种基于扩展移相的多目标优化控制策略。建立了基于EPS控制的状态空间平均化方程,并将EPS控制下的回流功率和电流应力与SPS控制进行对比;同时以动态性能及回流功率优化为控制目标,引入了一种基于输入电容电压均衡和输出电压稳定的模型预测及梯度下降算法实现回流功率优化的多目标优化控制策略,接着通过仿真验证了基于EPS的ISOP-DAB变换器多目标优化控制策略的有效性。最后,本文搭建了ISOP-DAB变换器实验平台,介绍了实验平台的整体电气框架,接着对上述理论分析和优化控制策略进行了实验验证。实验结果证明了本文理论分析及所提优化控制的正确性。