天然气调压发电站是回收天然气的压力能用于发电的一种新型调压门站。为了防止天然气冰堵,天然气降压前需要进行预热。目前的研究主要采用电驱热泵来取代传统的燃气锅炉,然而仍面临着部分负荷效率低、经济性差等问题。本文提出了一种基于燃气热泵的新型天然气调压发电NE-NGHP系统,以燃气发动机为动力取代传统牺牲电力驱动热泵的方案,并利用发动机套缸与排烟余热进一步的提升天然气的温度,提高了系统的能效。构建了系统的理论模型与（火用）损模型,优化了部分负荷运行模式和传动比,利用燃气热泵试验台验证了模型的精度与控制策略的优化效果,定义了单位天然气预热耗气损失率和单位天然气发电量两个变量,探究了系统的变工况和部分负荷特性,并结合实际案例与电驱热泵系统进行了分析和比较,具体研究内容如下:系统的仿真模型构建与（火用）分析:在热力学分析的基础上,对天然气膨胀机、热泵单元进行了理论建模;在动力设备试验测试的基础上,构建了燃气发动机、发电机以及废热回收性能预测模型。通过各部件相互耦合,得到整个系统的动态仿真模型,并通过（火用）平衡分析了各部件的（火用）损,以及整个系统的（火用）效率。部分负荷运行策略优化:以发动机的平均热效率为优化目标,经济区为边界条件,借助发动机的最优扭矩曲线,将部分负荷工况划分为两种运行模式。根据不同的压缩机转速区间,求解了相应的最优传动比,并将其推广到无级变速,以实现压缩机与发动机在不同转速工况下的合理匹配,使整个系统的部分负荷效率得到改善。燃气热泵预热装置的实验研究:探究了不同负荷下的制热特性、效率特性和发动机的扭矩、热效率与燃料消耗特性,并与模拟结果进行了分析比较,整体实验值与模拟值误差在±10%以内,验证了模型的可靠性。实验中的发动机与电机的效率分别维持在0.255和0.88以上,验证了控制策略优化方案的有效性。系统的变工况性能分析:探究了不同天然气入口参数对系统性能的影响,结果表明,同一运行模式下,当进入系统的天然气压力升高时,系统的总输出电功和预热耗气损失率都随之增加,而系统（火用）效率与热泵COP随之降低;当进入系统的天然气温度升高时,系统的（火用）效率、总输出电功和COP都随之增加,而预热耗气损失率随之降低。总体表现为受天然气入口压力的影响较大,温度次之。NE-NGHP系统和电驱热泵系统的部分负荷性能比较:当系统入口天然气流量减小时,NE-NGHP系统的预热负荷率随之降低,热泵COP随之上升,相对电驱系统增加38%;总输出电功随之降低,相对电驱系统增加41.9%;（火用）效率逐渐升高,相对电驱系统增加8.65%;预热耗气损失率逐步下降,均值仅为电驱系统的0.7%。案例分析:结合实际门站的全年天然气调压参数,探究了燃驱热泵与电驱热泵应用于天然气膨胀发电系统的性能差异,结果表明:燃驱NE-NGHP系统在春、夏两季主要以模式A运行,而在秋、冬两季主要以模式B运行。相比于传统的电驱系统,燃驱系统的全年单位天然气流量输出电功相比提高34.77%;全年COP相比提高35%;全年（火用）效率相比提高11.6%,且燃驱系统在秋、冬两季的（火用）效率相比春、夏两季降低7.65%;全年预热耗气损失率仅为电驱系统的0.8%。此外,在天然气温度较低、流量较大的秋、冬两季,二者的性能差异尤为显著。