21世纪的火电站发展要求达到较高的能源、经济、环境三者结合(3E)的要求,大功率、高效率的F级燃气轮机成为取代传统汽轮机电站的联合循环发电首选机型。本文以三菱M701F单轴重型燃气轮机通流部分热力特性为研究对象,通过模块化建模方法在MATLAB/Simulink平台中建立燃机系统仿真模型,对燃气轮机典型截面上压缩空气和高温燃气沿转子轴向的特性进行仿真研究。首先,提出了一种结合了表征压气机级特性的基元级算法和根据抽气点位置划分的压缩级建模方法的压气机仿真模型。由于燃机通流部分工质的温度变化较大,而且伴随着燃烧反应及燃气与冷却空气混流问题,为保证仿真精度,该模型采用变比热容公式计算空气和燃气的热力参数,并对工质组分质量分数进行详细计算,还考虑了容积惯性和转动惯性对整个系统模型的影响。然后,对设计工况的模型进行修正和调试,建立了考虑冷却空气影响的大型燃气轮机性能计算模型,并对50%、75%、100%负荷下,燃气轮机通流部分工质的热力特性参数及机组性能参数进行计算,对其变化规律进行了定量描述。最后,基于变工况仿真模型研究了燃气轮机在三种负荷状态下,压气机的滤网压差不同所引起的系统输出功率、效率等性能的变化规律,并提出了两个优化方案及经济性分析。以上研究结果表明:(1)本文所建立的燃气轮机变工况热力特性仿真模型是准确的,能计算气体在各典型截面上的温度、压力等热力参数,还能对燃气轮机整机性能进行仿真。(2)进气滤压差增大时,100%负荷下机组的效率基本不变,而部分负荷效率略有提高;而对于一定负荷状态下,滤网压差增大对于燃气轮机功率及热效率影响非常小,可忽略不计。(3)提出充分利用进气滤网的寿命、采用高效过滤器两种滤网运行优化策略,并结合机组运行情况进行了对应经济性评估。