化石能源的不可再生性及其与环境需求的矛盾,使新能源开发利用日益受到人们的关注。太阳能作为清洁能源的代表已成为新能源开发和研究的重点。本论文以光伏发电系统为研究对象,从光伏发电输出的高效利用与光伏并网的应用需求两个方面进行研究。设计过程中,引入切换模式,一方面提高光伏发电系统MPPT的效率,另一方面来改善双模式逆变器的性能表现。首先,为了最大限度利用光能,提高系统的输入功率,针对前级光伏电池的MPPT问题,在介绍了最大功率点跟踪的原理和实现电路的基础上,分析了现有的最大功率点跟踪(MPPT)算法的原理和优劣,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的切换式MPPT方法,来解决现有算法在精度和复杂度上的矛盾。通过光伏发电系统仿真模型构建,对所提出的切换式MPC方法与传统MPPT方法进行仿真比较,仿真结果表明,切换式MPC方法在MPPT上具有更好的性能表现。然后,为确保双模式逆变器能在并网与离网两种模式间平滑切换,实现最优的电能质量输送,分析了双模式逆变器无缝切换的要求,并对双模式逆变器的结构参数和控制策略进行了讨论,在对双模式逆变器过渡类型和切换过程中产生电压突变原因分析的基础上,提出了一种能够使切换过程中电压突变量最小的以电流控制离网作为切换过渡状态的切换方法,并在准PR控制器下对该切换方法进行了仿真。同时针对仿真过程中电压畸变不能完全消除的问题,在此基础上,又提出了一种基于非线性准PR的切换控制方法,并对非线性准PR控制器进行设计。仿真结果表明基于非线性准PR的切换控制方法对双模式逆变器在两种模式间切换的控制效果良好,能够确保光伏发电系统在离网和并网两种模式间平滑切换。最后,前级DC-DC所提出的基于MPC的切换模式MPPT方法,能够实现对系统最大功率点的有效跟踪;而后级针对DC-AC所采用的基于非线性准PR控制器的以电流控制离网作为过渡的双模式切换方法很好的抑制了切换过程中的电压畸变,实现了平滑切换。通过前后两级基于模式切换控制方法的相互配合,能够有效提高整个光伏系统的运行效率和性能。仿真结果验证了本文对光伏发电系统前后两级所提出的控制方法的有效性。