随着人民对舒适办公和居住环境要求的提高,城市热网改造项目越来越多,集中供热方面的研究不断创新,然而,大部分理论学术成果未能真正应用到当前热网改造项目以及运行管理和调度等方面,因此,将理论成果向工程应用方面的转变迫在眉睫。本文主要基于热网各重要组件的热力学和水力学机理知识,建立城市热网系统机理模型,进而搭建半实物仿真平台,并基于此平台展开控制及过程监测实验研究。针对城市热网系统的运行过程,主要进行以下几方面的工作:（1）根据水力学和传热学机理知识,分别对热网系统中的各个热力和水力重要组件进行机理分析并建立其模型,根据图论方法对管网拓扑结构进行描述。逐一建立热网系统水力学动态模型和热力学动态模型,并进行相关实验仿真研究。仿真实验验证了所建热网系统机理模型的合理性。（2）建立了包含实物可编程逻辑控制器（PLC）的城市热网系统半实物仿真平台,仿真平台包括监控软件、仿真对象、控制系统及在线过程监测系统四个部分。采用OPC通讯技术实现了监控软件与仿真对象和在线过程监测系统之间的通信;采用以太网建立了监控软件与控制系统之间的通信;并设计了必要的动态监控界面。（3）针对城市热网系统运行过程,设计相应的控制策略,对二次网供水压力采用PID控制,对二次网回水温度分别采用PID控制和模糊控制两种控制策略,并通过扰动和故障的控制仿真实验验证了控制方法的有效性。在仿真平台运行在自动控制模式下,进行了热网系统过程监测实验研究,采用多元统计方法根据热网正常运行的数据离线建模和过程监测,通过进行模拟的两类故障情况,验证了该监测方法的可行性。本文搭建的半实物仿真平台涉及被控对象的机理建模、监控界面的设计、控制策略的设计、在线过程监测系统。通过控制器及过程监测实验研究表明,该模拟平台可以用于控制策略设计和过程监测类的实验研究。