本发明涉及一种基于双层分时段马尔可夫模型的光伏出力仿真方法，方法包括以下步骤：将光伏每日总发电量从低到高进行排序并划分为四类天气类型；建立针对天气类型的外层马尔可夫模型；基于各天气类型分类，建立各天气类型内，针对日内各时段出力状态的分时段内层马尔可夫模型；基于外层天气类型马尔可夫模型和内层分时段马尔可夫模型，实现基于双层马尔可夫模型的光伏出力模拟；本发明能够综合考虑光伏出力的天气特性、日内分时特性、季节特性，并基于双层马尔可夫模型建立光伏的长期出力仿真；本发明具有简化直接建模、精确度高、精简模拟流程、为电力系统的评估与调度作出贡献的优点。