临近空间太阳能无人飞艇为实现长航时、大载荷的飞行,对光伏储能系统提出了更高的要求。光伏储能系统的作用是完成光伏电能转换,电能存储以及功率输出等。为了实现光伏的能量最大化利用和对储能电池更直接的管理,本文采用光伏-储能一体化的设计方案,通过光储模块构建无人飞艇直流微电网能源系统。对于这样的系统,尤其是特殊的应用需求,对变流器的功率密度、工作效率具有更高的要求。因此,本文围绕如何有效提高光储功率模块的功率密度和工作效率问题,具体开展了以下的研究。为了提高系统的工作效率,减小系统的功率损耗,采用功率密度更高、更高效的Ga N器件作为功率开关器件。为了提高系统的功率密度,直流母线电压设计为380V,功率输出控制器采用串联三重化的设计方案,减小磁性元件的体积和重量。提高功率密度的同时,三重化的设计可以降低了串联电池模组的数量,使光储模块具备一定的冗余度,提高了系统的可靠性。计算了功率输出控制器的功率损耗,得到含有约束条件的功率损耗关于输出电流和斩波运行通道数的统一表达式。根据损耗表达式可知,在满足单通输出功率不大于额定值和电感峰值电流不大于饱和电流等约束条件的基础上,斩波通道数越小,变流器的整体损耗越小,效率越高。因此,相比于在全功率范围内投入全部通道进行斩波运行,在不同工作区间采用不同工作模式,可以达到效率分段优化的效果,既提高了功率控制器的工作效率又可以兼顾系统的功率密度。通过实验验证了效率优化控制方法的科学性,以1/4倍额定功率的工况为例,工作效率由93.8%提高到97.2%。对光储模块的功率分配方法进行了研究,并联光储模块采用下垂控制实现功率的分配,串联通道功率分配通过在闭环控制环节引入电压分配出力指数实现,并在simulink中搭建了仿真模型,验证功率分配方法的可行性。光伏控制器和功率输出控制器采用电流内环和电压平方外环的双闭环控制方式,并通过负载突变实验验证了控制器具备较好的动态性能。光伏功率点追踪采用变步长扰动观察法,既能实现了较快的跟踪精度,也避免了在功率点附近振荡的问题,并通过实验验证了光伏功率追踪算法具备良好的追踪精度和速度。