平流层气象条件稳定、辐射强度大具有广阔的利用价值。随着新能源技术、电力电子技术的不断突破,为临近空间太阳能飞行器的开发和利用提供了有利条件。这类跨昼夜长航时飞行器白天由机身表面的光伏阵列供电,夜间由储能电池供电。由于太阳能无人机表面曲率很大、飞行姿态多变,众多光伏组件所接收的太阳辐射及输出功率存在很大差异,只能通过小规模成组提升发电效率;另外,为了充分利用机载储能容量、提高能源系统比功率,需要研究并采用特殊的光、储系统结构以实现持续可靠供电。在这样的背景下,本文研究了以光储模块为基本单元,多个模块串并联成组的无人机能源系统,并重点就其核心环节之一的能量优化调度策略展开研究,以达到光伏发电功率最大化利用、储能电池荷电状态尽可能一致的目标。首先在分析能源系统拓扑结构、工作原理的基础上建立了负荷模型、光伏发电模型、储能电池模型,明确飞行高度、姿态等因素的影响,为系统能量优化调度策略的研究奠定基础。为充分利用光伏发电功率和储能容量,研究了根据当前储能状况、次日飞行航迹确定每个光伏子阵、储能子串日前出力计划的方法。该方法以调度周期末电池子串能量均衡为目标,电池寿命损耗、光储组串间充电能量作为约束条件,采用改进粒子群算法求解,算例仿真结果表明调度策略可以提高光伏利用率、优化储能运行。为降低预测误差的影响,建立了跟踪储能能量日前计划的实时修正模型,将每个时段能量偏差值按照下一时刻的日前出力计划分配给每个模块调整储能能量日前计算结果,根据调整后的储能能量重新计算模块输出功率,算例仿真结果证明了策略的有效性和实时性。为解决飞行过程中航迹突然变化或模组故障导致日前计划不适用的情景,建立了以调度周期末所有储能电池能量均衡为目标的两阶段优化算法。为简化运算,第一阶段建立不考虑光储组串间充电的双层模型,上层以调度周期末光储组串能量均衡为目标,决策变量为组串输出功率,下层以组串内模块能量均衡为目标,决策变量为模块输出功率,双层模型分别采用粒子群算法、二次规划法求解;第二阶段为允许能量过低的组串充电的能量均衡模型对第一阶段结果进行调整,不同算例仿真验证了两阶段模型的正确性和实效性。在搭建的光储系统实验平台上对调度策略中涉及的组串间出力切换、模块间出力切换等情景进行实验验证,实验结果证明了系统的可调度性,也证明了调度策略的有效性。