伴随着经济社会的快速发展,我国对能源的需求越来越强烈,但是传统化石能源正在日趋枯竭,且化石能源的大规模应用也严重威胁了地球的生态平衡。由于太阳能是一种清洁、安全、易获取新型可再生能源,世界各国都在加速推动光伏产业的发展。但是在复杂光照条件下光伏发电系统极易发生功率失配问题,使光伏系统输出功率损耗大幅上升,严重时还会导致光伏发电系统过热损坏,旁路二极管的优化配置是解决上述问题的重要手段之一。本文的主要研究内容是光伏发电系统的失配特性分析及基于旁路二极管重构的功率优化控制。主要内容如下:(1)根据光伏电池的物理原理,建立数学模型并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建光伏电池模型,初步分析辐照强度及温度对光伏电池输出特性的影响。(2)分析光伏发电系统的失配特性是优化控制系统的前提,本文引入旁路二极管导通损耗这一参数,提出并建立复杂光条件下光伏阵列失配输出特性的P-I分段模型,并在Matlab/Simulink环境中搭建测试模型。依据P-I分段模型分析旁路二极管对光伏阵列输出功率的影响,并分析了不同旁路二极管配置模式下,光伏阵列的导通损耗和旁路损耗。本文在上述研究基础上,从降低复杂光照条件下光伏阵列的功率损耗出发,研究了旁路二极管的最优配置模式,提出了基于P-I分段模型的旁路二极管重构方案。然后通过仿真验证了该方法的有效性。该方案的主要创新在于降低了光伏阵列的旁路损耗和导通损耗,提高了光伏阵列在各种复杂光照下的输出功率。(3)根据P-I分段模型获得工作电流、各模块短路电流以及最大功率点的关系,提出基于辐照度分布的旁路二极管重构方案及功率优化控制策略。设计了功率优化控制系统,给出重构及优化步骤。利用旁路二极管重构控制系统预测最大功率点位置,将大范围多峰值寻优问题转化为小范围单峰值寻优问题,结合扰动观察法进行寻优,提高了最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的效率。经仿真验证,该方法在复杂阴影模式下能有效提高光伏阵列的输出功率,并且较经典的粒子群算法跟踪速度提高3倍左右。(4)搭建小型光伏组件优化控制系统,完成了实物实验测试。在考虑本文设计方案特殊要求的同时兼顾了成本控制,设计各个硬件功能模块,其中包括主控制器模块、BOOST电路模块、多路信号处理模块、带重构结构的光伏阵列模块等。经过实物实验验证和数据分析,本文设计的系统可以有效提高复杂光照条件下光伏阵列的输出功率并实现较快的最大功率点跟踪。综合考虑投入产出比,本文设计的系统也具有良好的经济效应。