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传统能源日益枯竭、使用化石能源造成环境污染及气候变暖,使得太阳能、风能等可再生能源已经成为研究和应用的热点。其中提高太阳能光伏发电的能量转换效率对改善能源结构、构建无污染能源体系具有重大意义。能量高效转换一直是光伏发电领域内的研究热点,本文围绕光伏发电能量高效转换控制的相关理论和技术进行深入细致的研究,主要工作如下:（1）对光伏系统最大功率输出的理论基础进行研究,在分析太阳能电池模型和光伏系统结构的基础上,对太阳能电池的输出特性进行了理论分析。根据太阳能电池的最大功率输出条件,得到了太阳能电池最大功率负载RmL的表达式,推导得出最大功率点电压Vm和电流Im关于RmL的参数方程,分析了太阳辐照度和温度对RmL的影响。从负载和功率的角度分别研究了不同结构光伏系统最大功率输出的约束条件,建立了光伏系统输出功率与负载、占空比之间的数学关系,并对光伏系统输出特性的影响因素进行了分析。（2）为了揭示广泛应用的扰动观测法（P&O,Perturb&Observation）和电导增量法（INC,Incremental Conductance）的工作机理,对P&O法和INC法的稳态振荡模式与动态调整特性进行了理论研究。在辐照度突变情况下根据突变方向、工作点的位置和运动方向,对P&O法的动态调整特性进行分析。对P&O法和INC法的振荡模式和动态调整特性进行了理论分析和几何解释,指出了稳态状态下和动态调整时判据的差别。建立了扰动观测法和电导增量法判据之间的数学关系,从判据角度将二者联系起来,并对两者的运动特性进行了对比分析。（3）为了消除传统最大功率跟踪（MPPT,Maximum Power Point Tracking）控制算法存在的稳态振荡与误判现象,提出了直接以最大功率点运行电压或电流为控制目标实现最大功率跟踪控制的新模式,并对一系列的基础问题进行研究。提出了一种基于同胚映射的环境参数计算方法;建立了任意环境条件下最大功率点电压与辐照度、温度的数学关系。在此基础上提出了一种基于最优电压控制的最大功率跟踪策略,该策略能够消除最大功率跟踪时的振荡与误判。（4）在较强不均匀光照条件下,太阳能电池串联电路的功率-电流特性曲线会出现多个峰值;而在较轻程度的遮挡条件下,功率-电流特性曲线呈现出局部扭曲但不会形成局部峰值的特点。针对由不均匀辐照度引起的太阳能电池串联电路输出特性多峰值现象,在建立太阳能电池串联电路数学模型的基础上,分析了串联电路在严重阴影和轻微阴影下的输出特性,论证了造成多峰的充要条件、提出了峰值个数求取及峰值位置确定的方法。在数学分析的基础上,确定了串联电路全局最大功率点动态区间,并确定了上下边界。提出了一种基于最优初值电导增量控制的全局最大功率跟踪控制策略,实现了光伏系统在不均匀辐照度条件下的能量高效转换。