小型燃料电池热电联供设备作为一种同时满足热与电的切实可行的选择,近年来在国内外引起了人们极大的关注。与传统的燃烧型热电联供设备相比,基于燃料电池的热电联供系统由于具有较高的综合效率、良好的部分负荷特性以及零污染等优势,在许多国家得到了大力推广。若将燃料电池热电联供设备与市政燃气重整器联合设计并安装在家中,将显著减少能量运输过程中的损失。因此,将燃料电池热电联供技术服务于家庭用户,有利于节能减排,具有一定的研究价值。本文主要研究了含天然气重整器的燃料电池系统的建模、性能分析,以及燃料电池热电联供系统的运行控制等问题,主要工作及结论如下：(1)结合已有文献搭建了天然气制氢系统的模型。制氢系统主要由燃烧炉、水蒸气重整反应器、高温水汽变换反应器、低温水汽变换反应器、选择性催化氧化反应器、高效换热器等设备组成。燃烧器回收燃料电池出口的氢气尾气用于为重整反应提供热量,从而提高了制氢系统的效率。在模型的基础上,分析了水碳比对系统性能的影响,得到最大效率下的水碳比；然后分析了燃烧室尾气温度对系统性能的影响。最后与已有文献中的数据进行对比,结果显示仿真结果与文献中的结果相符合,为热电联供系统的仿真及性能分析奠定了基础。(2)构建了质子交换膜燃料电池系统的数学模型。燃料电池模型包含发电系统模型以及热模型。其中发电系统模型包含电压功率子系统、氢气供应子系统、氧气供应子系统等模型。同时根据燃料电池系统的热模型,计算了冷却水回收的热量。最后,将天然气制氢系统模型与燃料电池系统模型结合,模拟了以天然气为原料的燃料电池系统的运行情况,分析了不同操作参数以及操作条件下的系统性能。(3)对燃料电池进行热管理并设计了热电联供系统运行方案。基于前文所建的燃料电池系统模型,搭建了燃料电池温度控制系统的模型,通过采用PID控制器控制电堆内冷却水的流量实现了电堆的温度控制；然后确定了热量回收与存储的方案并搭建了辅助热水器的模型。最后,根据用户侧需求,提出了一种以热量为核心的热电联供系统运行方案。该方案以用户热水温度为监测对象,以满足用户用热需求为目标对系统进行控制。通过参考模拟的家庭用户的用电及用热工况曲线对系统进行控制。仿真结果表明,采用该方案不仅能够满足用户的日常用热需求,而且比传统的煤炭火力发电更加节能,为今后的研究提供了新思路。