工质为水/水蒸气的槽式太阳能直接蒸汽发电（DSG槽式）系统是槽式太阳能热发电系统的发展方向。优化DSG槽式系统的集热场性能，提高其运行控制的稳定性是DSG槽式技术的研究方向。建立DSG槽式集热器和DSG槽式系统的数学模型，研究其运行机理、控制方法和策略，是实现上述研究目标的基础。而国内外针对DSG槽式系统建模与控制所做的研究还非常有限。　　本文以国家重点基础研究发展计划(973计划)项目子课题“槽式真空吸热管的传热特性及强化换热研究”（编号:2010CB227102-1）为依托，以DSG槽式集热器和DSG槽式系统集热场为研究对象，采用机理分析、数学建模、实验对比、特性分析、制定控制策略的技术路线，建立其准确的热工过程模型并对其工质参数进行优化控制。主要研究内容与研究成果如下:　　(1)建立了DSG槽式集热器传热与水动力耦合稳态模型。在模型求解中采用了太阳辐射热能、工质焓值和工质压力耦合判定，对管内换热系数、蒸汽含汽率、压降、流体温度以及管壁温度等参数进行耦合求解的方法，提高了计算结果的精度。利用实验数据对比和仿真分析，验证了该模型的正确性和精确性。揭示了太阳直射辐射强度(Direct Normal Insolation，DNI)、工质质量流量、入口工质温度、入口工质压力的变化对DSG槽式集热器出口参数的影响规律。提出了DSG槽式集热器正常工作时，DNI、工质质量流量、入口工质温度、入口工质压力的选择范围，为DSG槽式系统设计提供了理论依据。　　(2)建立了DSG槽式集热器的非线性分布参数动态模型和移动云遮工况的云遮始末时间模型，其中集热器动态模型的传热系数和摩擦系数采用了实时计算值，提高了模型的精度。解决了DSG槽式集热器非线性集总参数模型不能模拟局部云遮、移动云遮等实际DNI变化工况的问题。利用仿真分析验证了该模型的正确性。从理论建模和动态特性分析的角度论证了相关扰动时集热管蒸发区结束位置的往复波动现象。得出了在DSG槽式集热器的动态仿真中，对工质物性参数在相变处的不连续不宜采用平滑插值方法的结论。揭示了在全集热器范围内DNI、局部集热器范围内DNI、入口工质流量、入口工质温度等变化时，出口工质处于不同状态（热水、两相、过热）的DSG槽式集热器的主要工质参数的动态变化规律。揭示了移动云遮工况时，云遮宽度、云遮移动速度以及云遮移动方向对DSG槽式集热器主要工质参数的影响规律。　　(3)建立了直通模式DSG槽式系统集热场非线性分布参数模型，该模型由DSG槽式集热器非线性分布参数模型以及喷水减温器非线性集总参数模型组成。利用仿真分析验证了该模型的正确性。揭示了DNI、工质质量流量、入口工质温度、入口工质压力对直通模式DSG槽式系统集热场出口参数的影响规律，提出了直通模式DSG槽式系统正常工作时上述参数的选择范围。揭示了在全集热器范围内DNI、局部集热器范围内DNI、给水流量、喷水量等扰动时直通模式DSG槽式系统集热场工质参数的动态变化规律，揭示了DNI扰动位置对工质参数的影响规律。给出了给水流量、喷水量变化时，集热场出口蒸汽温度的传递函数。　　(4)建立了再循环模式DSG槽式系统集热场非线性分布参数模型，该模型由DSG槽式集热器非线性分布参数模型、汽水分离器非线性集总参数模型以及喷水减温器非线性集总参数模型组成。利用实验数据对比和仿真分析，验证了该模型的正确性。揭示了再循环模式DSG槽式系统集热场工质参数的稳态和动态变化规律。提出了再循环模式DSG槽式系统正常工作时DNI、工质质量流量、入口工质温度、入口工质压力的选择范围。揭示了DNI扰动位置对工质参数的影响规律。给出了给水流量变化时，集热场汽水分离器水位的传递函数;以及喷水减温器喷水量变化时，集热场出口蒸汽温度的传递函数。　　(5)对再循环模式DSG槽式系统控制方案进行了研究。提出了再循环模式DSG槽式系统的全厂运行控制策略。利用本文仿真得到的汽水分离器水位传递函数，采用抗积分饱和PI控制方案对汽水分离器水位进行了控制，控制效果可以满足控制需求。提出了多模型切换受限增量广义预测控制(Multi-model Switching Constrained Incremental Generalized PredictiveControl，MSCIGPC)策略，采用该策略可使被控参数快速平滑地跟踪设定值，并有效解决了变工况可能导致的模型失配问题。以再循环模式DSG槽式系统集热场出口蒸汽温度为例，分别利用本文仿真得到的集热场出口蒸汽温度传递函数和文献测量模型验证了MSCIGPC策略的可行性和有效性。