进入21世纪，中国核电进入积极发展阶段，在保证电厂安全性的基础上，对经济性也提出了更高要求。仿真在核电领域发挥着越来越重要的作用，它广泛地应用于反应堆设计安全分析、独立安全评价、先进主控室设计验证、事故缓解措施、控制与保护系统设计、操纵员培训以及教学等方面的研究，有效地提高了电厂的安全性和经济性。本文开发了核电站工程模拟机，并用于岭澳二期核电站DCS系统功能验证。　　 超临界水堆作为第四代核能系统国际论坛(GIF)提出的六种先进反应堆之一，具有广阔的发展前景。相比于目前的轻水反应堆而言，超临界水堆具有热效率高、系统简单、装置尺寸小和经济性好等优点，但超临界水在堆芯入口和出口之间有较大的温度差(系统压力为25MPa，出入口温度分别为500C和280℃)，致使其密度就会发生剧烈变化(从堆芯入口780kg／m3变化到出口90kg/m3)，这就容易引发系统振荡，从而可能导致系统发生不稳定现象，所以超临界水堆的稳定性问题引起诸多学者的广泛关注。本文开展了超临界水多功能实验室的电气系统和测控系统的设计工作，并基于频域法开展了流动稳定性研究。　　 本文研究的核电站工程模拟机主要由反应堆热工水力计算、控制与保护系统模拟、人机交互界面仿真三个主要子系统组成，系统结构主要采用分布式并行仿真结构。他们分别由不同程序完成，热工水力系统是由RELAP5程序模拟，控制与保护系统采用Matlab／Simulink建模，人机界面程序为Labview程序开发。每个程序可在不同的计算机上和操作系统下运行，通过网络互连。所有独立子系统之间通过信号通讯的方式建立联系，实现数据交换以及并行管理。本文建立了的较完备的核岛及常规岛仪控系统模型，与已有的核电厂热工水力模型相连接构成闭环系统并进行联合调试，构成了较完整的工程模拟机，对于实际电厂可能发生的瞬态工况能够进行实时模拟计算。将计算结果与电厂实际试验曲线对比，结果表明模拟机具备良好的瞬态工况调节能力。通过数据采集系统，实现了将工程模拟机用于DCS功能验证工作。建立的控制系统模型中扩展了与实际电厂DCS系统指令切换的控制逻辑，使热工水力模型接收的控制指令信号可在虚拟控制系统和实际电厂的DCS系统间自由切换，保证了现场单个控制系统调试和联合调试的顺利进行。文中还实现了虚拟主控室和安全壳内部漫游系统，研究结果表明虚拟实现技术能够很好应用在核电站仿真中，是一种新的仿真方向。　　 本文引入了超临界水简化热力系统模型，并给出其热工水力方程、初始条件和边界条件。通过比较，选用合适的适用于超临界流体的摩擦系数计算公式。采用微扰动线性化及Laplace变换，对热力系统的非线性守恒方程线性化，建立入口质量流速扰动和系统压降扰动之间的传递函数，并推导出系统的特征方程。运用控制理论所得特征方程的根，通过判断特征根的实部是否大于零得到系统的稳定边界点，并用无量纲的次拟临界数和过拟临界数建立稳定边界图，文中还考察一些重要参数对系统稳定边界和衰减比的影响。研究结果发现，系统在拟临界点附近存在不稳定区域；增大系统阻力、流体入口速度或系统压力有利于系统稳定，但改变摩擦阻力或系统压力对系统稳定边界的影响并不明显；而增加加热段长度、增大水泵反馈函数或重力加速度不利于系统稳定。　　 本文在国内首次将工程模拟机用于核电站DCS系统功能验证工作，具备良好的工程应用价值，有利于核电技术的国产化。开展了在国际上也较为先进的超临界水试验台架建设工作，并国内首次进行了超临界水系统的流动稳定性研究工作，对超临界水堆将来的概念设计和工程设计具有一定的借鉴作用。