多能源互补利用已经成为二十一世纪能源科学研究最重要的研究领域之一。探索新的能量转换机理和系统集成理论已成为多能源互补的前沿和热点。本学位论文依托国家863项目和国家自然科学基金重点项目,针对光煤互补发电系统关键技术与核心科学问题,开展太阳能与煤互补发电的能量转化机理、变辐照聚光集热新方法与变工况热力性能、部分旋转跟踪聚光集热实验平台研制等方面的研究。基于能的品位概念,建立高温高压蒸汽的热能品位特征式。针对光煤互补发电系统,探究互补(?)损失减小与太阳能净出功的相互关系,给出聚光比、品位匹配为特征变量的光煤互补方程,研究聚光比、集热品位、替代抽汽品位三者间对太阳能互补净发电效率提升的作用,探析互补品位匹配的最佳聚光比,揭示聚光太阳能互补发电的光-热-功转化不可逆损失减小机制,探寻不同规模光煤互补发电系统集成原则。针对现有太阳能热发电技术聚光集热效率波动幅度大的问题,提出三种变辐照主动调控的光热转换新方法。对于聚光集热热力过程,从减小不同季节余弦损失思路出发,提出一种槽式旋转跟踪聚光集热方法,探究变辐照不同聚光能量损失变化规律。对于光-热-功能量转换过程,从聚光集热品位与热力循环热能品位匹配思路出发,提出一种变辐照主动调控的太阳能联合循环,通过大辐区聚光集热与不同工质的热力循环结合,实现变辐照、变工况聚光太阳热的综合梯级利用。基于上述聚光集热方法,开展300 kW槽式旋转跟踪聚光集热器,和变辐照主动调控聚光集热实验平台研制,进行变辐照、变工况的高效聚光集热实验研究。以我国首座330 MW光煤互补示范电站为研究对象,探析聚光集热岛与动力岛参数间协同特性,探究四季典型日变工况热力性能,进而揭示互补发电系统全息热力特性规律,为我国首座示范电站提供理论支撑。