燃气轮机作为能源互联网中电力-天然气-热力的关键耦合设备之一,广泛应用于电网调频、热电联供、分布式发电等运行场景。燃气轮机运行时输出功率受环境温度与系统频率变化的影响,正确地模拟分析这些影响是非常重要的,否则可能导致电力系统频率响应储备估计错误,甚至造成减载、停电事故。其次,燃气轮机控制器受其时变性、非线性以及运行场景多样的影响;一方面控制器参数整定困难;另一方面控制器参数运行时固定,自适应性能较差;限制了燃气轮机的动态性能,不合理的控制参数甚至影响电网稳定。因此,针对多运行场景下燃气轮机运行控制关键问题进行研究对保障其自身安全、稳定、高效运行,乃至促进能源互联具有重要意义。本文主要研究内容如下:首先,针对燃气轮机输出功率受环境温度与系统频率变化影响的问题,建立了考虑环境温度与系统频率影响的燃气轮机动态模型。根据燃气轮机余热利用方式,划分其运行场景,建立了多运行场景下的燃气轮机动态模型。考虑环境温度变化对于燃气轮机输出功率的影响,根据厂家给定的试验曲线,将环境温度对于输出功率的影响进行分析;根据燃气轮机燃料流量,划分其运行工况,分析系统频率变化对燃气轮机输出功率的影响。采用实际燃气轮机参数进行仿真验证,结果表明,所建立模型可对多运行场景下的燃气轮机运行状态进行动态评估,并为实际运行提供仿真参考;同时也为多运行场景下燃气轮机控制器优化设计提供了重要模型基础。其次,针对燃气轮机控制器因系统复杂性、非线性以及运行场景多样的影响而整定困难的问题,提出了一种基于改进粒子群优化算法的燃气轮机控制器优化设计方法。基于前文所建立的燃气轮机动态模型,结合不同运行场景下燃气轮机的控制目标建立控制器优化模型,并采用改进粒子群优化算法进行求解。从四个方面对粒子群优化算法进行了改进,从而有效提高了算法对于求解燃气轮机控制器优化参数时的收敛速度、寻优精度与鲁棒性。对不同运行场景、不同负荷扰动下的燃气轮机发电系统进行仿真验证。结果表明,所提方法能有效提高多运行场景下燃气轮机对负载扰动的响应速度;同时,保护了燃气轮机不受危险燃烧室温度的影响。最后,针对燃气轮机运行时因固定的控制参数而使得控制器自适应性较差的问题,提出了一种基于变论域模糊控制的燃气轮机控制器参数在线设计方法。以离线优化设计方法得到的控制器参数为初值,通过模糊控制对燃气轮机控制器参数进行在线调节,根据不同控制目标建立模糊规则;通过变论域方法对模糊论域进行自适应调整,提高了模糊规则的适用范围。基于不同运行场景、不同负荷扰动下的燃气轮机发电系统,对在线设计方法下控制器的控制效果、鲁棒性等进行仿真分析。结果表明,该设计方法能有效提高燃气轮机控制器的自适应性能,进一步提高了多运行场景下燃气轮机的响应速度;同时,该方法设计简单、计算量较小、所需可观测状态变量较少。