用于教学实习的核电站虚拟仿真系统

发布时间：2017-04-06 20:25

  本文关键词：用于教学实习的核电站虚拟仿真系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核电仿真技术可以模拟真实核电站的正常运行工况和事故状态,为相关技术人员掌握核电站运行原理和事故处理方式提供技术支持。目前,核电仿真领域已经涌现出全范围模拟机、严重事故模拟机、仿真分析机、教学模拟机等多种虚拟仿真产品。其中,教学模拟机一般以个人计算机作为工作平台,兼容Windows操作系统,通过仿真数学模型模拟真实核电站的物理、工艺和控制过程,并通过设备软操控制窗、鼠标和键盘进行操作。为了向核电类高等院校学生提供用于教学实习的现代化工具,本文采用图形化和模块化的建模方式,建立了田湾VVER-1000型压水堆核电站主要热力系统的动态数学模型,基于B/S模式集成了田湾核电站的虚拟DCS系统,从而开发了一套较为完善的教学实习用核电站虚拟仿真系统。本文的研发工作和成果如下：①基于B/S模式构建了图形化的热力系统仿真建模平台,仿真建模平台采用模块化的建模思想,将压水堆核电站的仿真建模分为设备层(模块层)、系统层和机组层的工作。设备模块的开发采用ActiveX控件和LIB动态链接库技术,通信程序采用共享内存和Soket套接字通信技术,使用FrontPage软件调用内嵌的ActiveX控件绘制系统的图形建模页面,基于模块捕捉的图形转换程序将HTML页面中的图形建模页面转换为C++语言形式的模型程序VPLANT。仿真建模系统的通用性强,可移植性强,未来可根据建模对象对设备模块库进一步扩展。②集成虚拟仪控系统程序VDCS,采用虚拟AP/FDG的模式构建了田湾核电站非安全级仪控系统TXP和安全仪控系统TXS的虚拟控制器程序,采用WEB网页内嵌动态宏元素的方式创建了虚拟HMI界面,编写了DCS所需的各类虚拟功能控制模块和动态宏元素的程序,基于Soket套接字通信方式完成了VPLANT模型程序、TXP及TXS之间的通信。③根据田湾VVER-1000机组热力系统设备的结构和热力特性,基于相关热工水力方程,运用集总参数法的方式创建了系统关键设备的动态数学模型,如蒸汽发生器、汽轮机透平单元、给水加热器、调节阀等。采用面向对象的程序设计方式,利用C++语言在LIB库中编写了设备的模型程序,供模型程序总线程调用。同时建立了基于节点压力法的流体网络模型,以利于程序调用的矩阵方程形式编写了流体网络模型求解程序,利用图形转换程序识别了图形建模页面的流网拓扑关系并创建其流体网络模型。④根据田湾核电站热力系统的技术资料及DCS系统HMI画面,在仿真建模平台上对核电站重要热力系统进行建模工作,并将各系统模型集成模型总程序VPLANT.然后对虚拟仪控系统VDCS和模型程序VPLANT进行了基本功能测试,显示程序较好的满足了教学实习的基本要求。对阀门模块程序、基于节点压力法的流体网络求解程序进行静态和动态测试,显示流体网络程序能够模拟热力系统中压力、流量的变化情况,阀门模块程序能够反映真实调节阀的流量特性曲线。高压加热器系统的动态和静态试验也准确地模拟了加热器在给水流量增加和抽气流量减少两种情况下的响应情况。
【关键词】：核电站 虚拟仿真 教学实习 热力系统 虚拟DCS
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623-4;G642;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状与发展动态12-14
• 1.2.1 电站仿真机技术的发展历史12-13
• 1.2.2 仿真支撑平台的发展13-14
• 1.2.3 仿真技术在核电领域的应用14
• 1.3 本文的主要工作内容14-16
• 1.4 论文的组织结构16-17
• 第二章 核电站虚拟仿真系统的整体设计17-23
• 2.1 虚拟仿真系统概述17
• 2.2 仿真对象17-21
• 2.2.1 田湾核电站热力系统17-19
• 2.2.2 田湾核电站DCS系统19-21
• 2.3 程序结构21
• 2.4 研发步骤21-22
• 2.5 本章小节22-23
• 第三章 热力系统图形化仿真建模平台23-32
• 3.1 模块化和分层化设计23-24
• 3.2 软件架构24-25
• 3.3 开发环境25
• 3.4 模块层的实现25-26
• 3.5 模型程序的数据通信26-28
• 3.6 模型程序的运行流程28-29
• 3.7 设备图元模块的开发29-31
• 3.8 本章小结31-32
• 第四章 集成虚拟DCS系统32-41
• 4.1 虚拟DCS系统的整体结构32-33
• 4.2 虚拟DCS的仿真步骤33-34
• 4.3 虚拟控制器的程序实现34-36
• 4.3.1 程序结构设计34-35
• 4.3.2 虚拟功能控制块开发35-36
• 4.4 虚拟HMI的程序实现36-39
• 4.4.1 虚拟人机界面的开发原理和技术实现37-38
• 4.4.2 动态宏元素的开发38-39
• 4.5 虚拟I/O接口的实现39-40
• 4.6 本章小节40-41
• 第五章 流体网络及关键设备的数学模型41-57
• 5.1 流体网络的数学模型41-50
• 5.1.1 流体网络的基本概念与分类41-42
• 5.1.2 流体网络的支路模型42-47
• 5.1.3 流体网络的节点模型47-48
• 5.1.4 流体网络的求解方式48-50
• 5.2 关键设备的数学模型50-56
• 5.2.1 蒸汽发生器的数学模型50-52
• 5.2.2 阀门的数学模型52-53
• 5.2.3 泵与风机的数学模型53-54
• 5.2.4 回热加热器的数学模型54-55
• 5.2.5 汽轮机透平单元的数学模型55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 热力系统仿真模型的建立57-67
• 6.1 常规岛区域建模57-64
• 6.1.1 高压加热系统仿真57-58
• 6.1.2 凝汽器系统仿真58-59
• 6.1.3 汽水分离再热系统仿真59-60
• 6.1.4 主凝结水系统仿真60-61
• 6.1.5 主蒸汽系统仿真61-62
• 6.1.6 汽轮机系统仿真62-64
• 6.2 核岛区域仿真64-66
• 6.2.1 反应堆冷却剂系统仿真64-65
• 6.2.2 稳压器及泄压系统仿真65-66
• 6.3 本章小结66-67
• 第七章 核电站虚拟仿真系统测试67-80
• 7.1 虚拟DCS系统测试67-69
• 7.1.1 动态宏元素功能测试67-68
• 7.1.2 系统通信测试68-69
• 7.2 调节阀仿真模型的试验与动态特性分析69-71
• 7.3 流体网络模型的仿真试验71-75
• 7.4 高压加热器系统HPH-6A仿真模型的试验与动态特性分析75-79
• 7.4.1 给水流量增加对给水加热器特征参数的影响76-77
• 7.4.2 抽气流量减小对给水加热器特征参数的影响77-79
• 7.5 本章小结79-80
• 第八章 总结与展望80-82
• 8.1 本文总结80-81
• 8.2 课题展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 作者简介86

【参考文献】

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本文编号：289637