能源问题是近年来全球关注的焦点,寻找清洁的、可持续的新能源来替代传统化石能源成为处理能源危机的重要途径。太阳能作为一种新能源的代表,具有储存量丰富、无污染等优点。光伏发电是太阳能发电应用最多的技术,光伏组件是构成光伏阵列的单体,而光伏组件一般是由若干块光伏电池串联组成。实际应用中,由于建筑物、树木、云朵等引起的阴影遮挡情况会造成光伏组件串联失配,导致光伏组件发电效率降低,严重时会产生热斑现象进而损坏组件。因此,提高遮挡情况下的光伏发电效率一直是人们研究的热点。论文针对光伏组件串联失配导致效率降低的问题,按照拓扑结构优化、全局最大功率点追踪、分布式最大功率点追踪和其他新型失配优化控制技术等方法,分析并总结了国内外现有控制方案的优缺点。采用一种“总线式”结构的系统方案,根据功率重分配原理,运用电压平衡的方法,变换器将未遮挡电池子串的电流分配给遮挡子串,保证串联子串的电流相等,匹配各子串的输出功率,实现输出功率最大化,提高光伏组件发电效率。论文研究和设计工作如下:(1)建立正常情况和局部阴影遮挡情况下光伏组件等效电路模型,利用光伏组件实际物理参数建立工程数学模型,得到光伏组件在两种情况下的输出特性。结合旁路二极管工作原理,分析光伏组件串联失配机理,以及阴影遮挡造成光伏组件串联失配的形成原因。(2)针对总线式光伏组件串联匹配的拓扑结构,采用一种双向Cúk变换器作为能量双向传输的电路,建立变换器数学模型。分析变换器电路损耗,以及电容、电感、功率开关等器件的参数。(3)针对光伏组件内部电池子串的功率匹配控制问题,对基于线性规划算法的最优方法和基于电压平衡的功率匹配次优方法进行了分析,给出优化控制的基本原理和实现过程,完成了两种方法的性能指标的对比分析。(4)针对基于总线式结构的光伏组件串联匹配电路建立小信号模型,运用频域分析法完成了控制器设计,并改善了系统性能。综上所述,论文结合总线式光伏组件串联匹配的拓扑结构和基于电压平衡的功率匹配次优方法,实现了局部阴影遮挡情况下的光伏组件的功率匹配优化控制,经仿真实验,结果证明了该方法的有效性。