太阳能是一种用之不竭、清洁安全的可再生能源,它具有无污染、无噪音等优点,受到世界各国的重视。但现有的光伏发电系统运行环境复杂,易受建筑物、树木、云层等遮挡产生局部阴影现象,从而导致光伏组件间的电气特性差异,造成光伏阵列失配,光伏输出功率特性也会产生多峰值,进而导致光伏阵列输出功率发生波动,并网后对电力系统的稳定运行产生威胁。因此,如何解决局部阴影下光伏阵列的功率多峰值问题成为光伏发电并网的重要前提。太阳能电池-超级电容器件是近年来学者们提出的新型架构,相比常规光伏电池有更强的阴影适应能力,而且可以实现每块器件的单体控制,避免储能不均衡问题。同时,考虑到现有光伏阵列重构方法不能完全解决阴影下的光伏输出功率缺额,且在出现短时阴影(如云层飘过)时,也会动作大量的开关,造成功率损耗。因此,针对太阳能电池-超级电容器件的数学模型和输出特性、运行策略和基于太阳能电池-超级电容器件的拓扑重构方法进行研究,对解决局部阴影造成光伏阵列的功率多峰值问题具有重要意义。首先,论文对太阳能电池-超级电容器件(solar cell-supercapacitor device,SCSD)的架构和等效电路进行了介绍,并建立了 SCSD的数学模型。在此基础上,对均匀光照和局部阴影条件下常规光伏阵列和SCSD组成的阵列进行了数学建模,并对两者的输出特性进行了对比。最后通过仿真分析得到,在均匀光照下,太阳能电池-超级电容器件组成的阵列有更高的输出功率;在局部阴影下,太阳能电池-超级电容器件比常规光伏阵列有更强的阴影适应能力。其次,利用太阳能电池-超级电容器件的发电-储能双重功能,构建了太阳能电池-超级电容器件的阵列发电并网系统。针对局部阴影问题,进一步提出了一种多目标分层优化的充放电控制策略。该策略利用上层的多目标优化得到下层控制环的最优放电电流参考值,最终实现SCSD中的超级电容的充放电。考虑超级电容充放电功率、荷电状态和系统功率平衡等约束,以平滑光伏出力波动、系统损耗最小和保持超级电容快速充放电能力为优化目标,通过加权和法建立上层优化模型,并利用层次分析法进行求解,得到最优的超级电容充放电电流参考值,并作为下层控制模型的输入。下层控制采用电流反馈的PI控制方法。最后通过仿真验证所提方法在轻度阴影下能完全解决多峰值问题,重度阴影和多层阴影下可以减少多峰值个数,提高全局最大功率,同时还能降低系统损耗,可实现每块SCSD的单体控制,有效避免储能电池SOC不均衡问题。最后,针对SCSD阵列在重度阴影和多层阴影下未完全解决功率多峰值问题,以及传统局部重构方法解决局部阴影问题时会出现欠补偿和过补偿的局限性,进一步提出了一种基于太阳能电池-超级电容器件的阵列重构方法。考虑系统功率平衡、功率波动限值、储能充放电功率限值和荷电状态等约束,建立了光伏阵列输出功率最大和重构开关数量最少的多目标优化模型,并利用改进粒子群优化算法对模型进行求解。通过算例仿真对比分析了局部阴影下应用传统重构方法和论文所提方法的SCSD阵列输出特性,验证了所提方法不仅有效解决了传统局部重构方法性的欠补偿和过补偿问题,减少了开关动作数量,还进一步解决了重度阴影和多层阴影下SCSD阵列输出功率的多峰值问题。