本发明一种空间大功率混合能源系统结构及多模式控制方法，包括功率系统和控制系统两部分。该系统通过采集热离子源输出电压，使热离子源保证最大功率传输，多余能量由耗散负载消耗，同时通过采集公共母线电压，使热离子源、太阳电池阵以及蓄电池组保证功率传输匹配与动态调节。本发明解决了传统太阳电池阵‑蓄电池组能源系统在深空大功率能量需求任务时的不足，形成了以热离子源为主，太阳电池阵‑蓄电池组为辅的混合空间能源系统，同时保证了多模式控制下的功率调控与能量分配。本发明提出的设计思想与系统控制方法，为空间大功率混合能源功率传输匹配与动态调节的实现提供了参考与帮助。