近年来,我国大力推进海洋水文、气象观测和海上通信相关技术的研究步伐,以提高我国海洋监测信息化程度。作为一种海洋探测、通讯设备的搭载平台,由于远离大陆电网,海洋浮标需要具备为台上设备提供独立供电的能力。因此,如何实现对海洋浮标搭载设备的持续供电已经成为业内关注的焦点。镁海水电池作为一种新型电池,具有价格低廉、绿色环保、高比能量、可深海工作等优点,适合装设于海洋浮标,为搭载的监测和通讯设备提供电力。但实际研究发现,镁海水电池单体存在电压低,动态响应速度慢以及输出特性软等缺点。为了弥补镁海水电池的缺陷,本文设计了一种科学的能量变换系统,以提高镁海水电池的实用性。首先,介绍了镁海水电池分类、结构、工作原理和特点,对外部因素对电池性能的影响进行归纳,分析了电极材质对于镁海水电池放电性能影响,同时,对所测得的镁海水电池放电及功率特性曲线进行了分析,得出了镁海水电池具有单体电压低、功率特性软等问题。然后针对镁海水电池特性,构建了一种改进非隔离型三端口变换器（Three port convert,TPC）,详细分析了不同工作模式下TPC的工作原理和稳态性能,发现改进后TPC电压增益能够提高2倍,电压应力明显减小。根据后期实验需要,从理论上对于变换器参数进行了设计,并通过对变换器仿真,验证了前文对TPC的工作原理与稳态性能的理论分析。最后,考虑镁海水电池工作特点和载荷突变规律,基于拓扑,提出了一种系统能量优化控制策略,能够实现源、荷间功率动态平衡;同时,根据镁海水电池低功率放电特性,提出了一种基于改进灰狼算法最大功率点追踪方法（Maximum power point tracking,MPPT）,进一步提高了镁海水电池的能量转换效率。在此基础上,为了减小系统超调量和提高载荷供电稳定性,采用BP神经网络法（Back Propagation Neural Network）对传统PID控制器参数进行在线优化,进一步提高了系统的控制效果。并且利用MATLAB/Simulink对TPC的原理及控制策略进行了仿真。搭建了一台原理样机,通过电阻切换模拟海洋浮标载荷间歇工作情况,证明了该系统的稳定性和合理性。