传统的化石能源面临枯竭和环境污染的问题。为解决这些问题，世界各国均把开发可再生能源作为未来的能源发展战略。太阳能是全球储量最丰富的可再生能源之一，因此，太阳能发电技术在工业界得到了广泛的应用。目前，太阳能发电技术可分为两类：光伏发电和光热发电。跟光伏发电技术不同，光热发电技术利用光热转换产生高温蒸汽推动汽轮机发电，因此，光热电站与传统火力发电机组有相似的电力输出特性，且并网容易。光热发电技术的另一个优势是储能的难度和成本较低，因为其采用的储能方式是热储能而非化学储能。
　　目前，槽式太阳能光热(PTC-CSP)发电技术是主流的商用光热发电技术之一。虽然相关技术已得到了广泛的关注，但其控制问题仍然没有得到充分的研究。其中，光热电站最重要的执行层协调控制问题几乎没有文献进行研究。为此，本文首先研究了槽式光热电站的简化动态建模技术，并以该模型作为仿真平台，研究光热电站的决策层和执行层控制问题，并把先进的控制算法应用于光热电站以提升其控制效果。
　　本文的主要内容包括：
　　（1）针对现有光热电站模型比较复杂，难以方便地应用于控制系统仿真的问题，建立了直接储能式和非直接储能式光热电站的整体简化动态模型，包括：集热系统、储热系统、汽水系统和发电系统，并基于该模型对光热电站的稳态和动态特性进行了研究和验证。该模型忽略了影响系统整体建模的一些次要因素，如管路，阀门和泵的动态特性等。因此，所建的模型既避免了复杂的建模过程，又能反映系统核心动态特性，从而能够为控制系统的仿真和控制策略的验证提供支撑。
　　（2）分别采用基于混合整数规划和基于极大值原理的方法研究了存在光照和电价预测不确定性的槽式光热电站经济性调度问题（即决策层控制问题）。基于混合整数规划的调度是指直接建立调度问题的混合整数规划数学模型并进行求解。在该方法的框架下，本文采用一种等效线性鲁棒调度法和一种改进的随机调度方法处理预测不确定性对调度问题的影响。等效线性鲁棒调度法是一种保守的方法，能够同时考虑考虑预测不确定性对调度性能指标和约束的影响。改进的随机调度方法则能够平衡调度的经济性和保守性。基于混合整数规划的调度方法对调度问题的描述较为准确，因此其调度结果精度较高。但混合整数规划问题的求解速度较慢且求解结果不可靠。为此，本文研究了一种基于极大值原理的调度方法，该方法能够避免求解混合整数规划问题，求解速度极快，求解结果可靠。在此基础上，进一步采用蒙特卡洛仿真模拟光照和电价的不确定性，并采用加权的方式降低不确定性对调度结果的影响。最后，本文把这两种方法进行了比较，并分析了如何选择合适的调度方法。
　　（3）研究了槽式光热电站的执行层控制方案。针对槽式光热电站存在的大惯性、强耦合、输入通道延迟时间不一致等问题，提出了一种基于扩展输入输出状态空间模型的预测控制方法。该方法能够处理常规状态空间预测控制所无法处理的输入通道延迟时间不一致的问题，且避免了状态观测器的设计，降低了算法设计的复杂度。为抑制光照扰动对控制系统的影响，把滚动时域估计方法应用于光照强度的估计，并在此基础上，设计了前馈控制器。最后，为进一步降低扰动对发电功率的影响，提出了一种基于能量平衡的扰动抑制方法，该方法通过与前馈控制器协同作用，能够显著降低光照扰动对发电功率的影响。