当前,碳排放和能源短缺问题已经成为全球面临的严峻问题。构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰”与“碳中和”的重要举措和关键环节。随着新能源发电技术的快速发展和新型供用电的直流化,直流微网是未来重要的组网方式之一。双向DC-DC变换器作为储能系统与直流微网的接口,对整个微网系统性能起着重要作用。目前双向DC-DC变换器中,四开关变换器具有电压应力低、输入输出同极性、既可升压又可降压等特点,相对于其他非隔离型变换器,更适合有宽范围电压变换需求的领域,在储能接口变换器、直流微网中越来越受到关注。因此,本文以四开关变换器为研究对象,对四开关变换器三种模式下的工作原理与特点、调制策略和不同控制需求下的控制策略进行分析研究,并通过仿真和实验进行验证。首先,围绕四开关变换器工作原理与调制策略展开研究,分析介绍了四开关变换器降压（Buck）模式、升压（Boost）模式和升降压（Buck-Boost）模式三种模式的工作原理,对比分析了不同输入输出电压关系下三种模式电感电流纹波以及开关损耗。针对传统调制策略不足,提出了一种单载波三模式调制策略,所提策略中仅需单自由度调制就可以实现三种模式的平滑切换。在此基础上,结合实际工程项目,采用载波移相调制方法以降低输出电流纹波。最后对理论分析及所提调制策略进行了仿真验证。其次,为了满足直流微网对四开关变换器的控制需求,根据不同控制目标,建立了四开关变换器降压（Buck）模式、升压（Boost）模式和升降压（Buck-Boost）模式三种模式的开关平均等效模型,分析得出了电流和电压控制方程。在此基础上,分别给出四开关变换器的电流闭环控制策略、电压电流双闭环控制策略、下垂控制策略以及故障工况下的故障穿越策略。基于等效模型,在电压电流双闭环中引入前馈量来进一步提升三种模式控制动态性能。最后通过仿真验证了控制策略的有效性。最后,在理论研究基础上,搭建了一台四重化四开关变换器样机。给出了主电路电感与电容参数设计。基于实验样机,分别对调制策略、电流闭环、电压电流双闭环、下垂控制策略以及故障穿越进行实验验证。实验结果表明,所提调制策略可以实现三模式间平滑切换,过渡平稳;电流闭环以及电压电流双闭环能较好的跟踪电流和电压指令,具有较好的动、稳态性能;下垂控制在直流母线电压变化时能够按照预设曲线进行功率输出,为母线电压提供支撑;变换器在输出侧短路时能有效限制故障电流,实现故障穿越,为整个系统提供了保护。实验结果进一步验证了理论分析及调制策略与控制策略的有效性。