蒸汽发生器的水位建模及分数阶控制算法研究

发布时间：2020-05-26 11:22

【摘要】：自然循环蒸汽发生器是现有的压水堆核电厂中连接一回路与二回路的重要换热设备。蒸汽发生器中的水位变量对核安全有着至关重要的影响。只有将蒸汽发生器水位控制在容许范围内,才能确保核电厂运行的安全可靠性。现有蒸汽发生器水位控制普遍在E-Irving模型的基础上进行研究,虽然使控制算法的研究更加方便,具有一定的适用性,但由于该模型不包含热工水力过程,不能全面反映出核电站蒸汽发生器的运行状态,为了能更好的实现对核电厂蒸汽发生器水位的控制,可以利用蒸汽发生器的运行机理进行建模,然而这样在更加准确的同时也使整个控制系统复杂度呈指数增加。由于在蒸汽发生器实际运行中,水位通常会受到一些因素干扰,在扰动情况下由于水位下部气泡量因局部压力变化而变化,进而出现“虚假水位”现象,“虚假水位”现象的出现使传统控制方法在某些情况下不能获得良好的控制效果,因此蒸汽发生器水位的动态建模以及先进有效的控制方法是本文研究的重点。本文根据线性参数变化理论(Linear Parameter Varying,简称LPV)建立了基于E-Irving模型的蒸汽发生器多胞LPV水位模型。参照大亚湾核电厂的蒸汽发生器的具体参数,基于集总参数法建立了一种既能反映一定热工特性又便于控制系统设计的自然循环蒸汽发生器四阶动态水位机理模型,在100%、70%、50%及30%四个功率水平条件下,引入了蒸汽流量正阶跃以及换热量正阶跃,进行了动态仿真分析,验证了模型的有效性。仿真结果显示,该模型在扰动时,蒸汽发生器各主要参数都表现出合理的变化趋势,准确的模拟出了“虚假水位”现象。分析了分数阶PI~λD~μ控制系统的稳定性;在欧文多胞LPV水位模型的基础上,将基于Grunwald-Letnikov(简称G-L)定义的分数阶算子分别引入蒸汽发生器水位控制系统主回路、副回路及主副回路中,完成了短记忆分数阶PI~λD~μ控制器的设计;设计了基于Oustaloup间接离散化方法改进算法的串级分数阶水位控制器。由于控制器参数的整定仍是现阶段存在的问题,为了实现蒸汽发生器水位控制器参数的自动整定,本文采用模糊自适应以及混沌粒子群两种不同类型的智能控制算法来自动调节控制器的参数。仿真结果仿显示,所设计的分数阶控制器以及智能调参算法均是有效的,其中以改进的Oustaloup间接离散化串级分数阶水位控制器效果最优。虽然两种智能寻优方法均取得了较好的效果,但由于混沌粒子群智能寻优方法不依赖于经验规则,更适用于工程模型,根据已获得的结果,对所建立的蒸汽发生器水位动态机理模型,设计了基于混沌粒子群的改进Oustaloup分数阶水位控制系统。仿真结果显示,该智能控制系统能有效减弱“虚假水位”,较好的实现了自然循环蒸汽发生器水位的在线自动控制。
【图文】：

蒸汽发生器,结构示意图,再循环水,上升通道

图 2.1 蒸汽发生器结构示意图过冷水，而上升通道流动的是温度差。在相同压力下，密度差促再循环水与给水混合后，一起流，被传热管里的从堆芯获取过热预热段由过冷被加热到饱和，持沸腾状态。的水力流动特性分析可发现，沸热特性与流动特性复杂度大大。冷却剂冷却剂

给水流量,水位,水流量,上升通道

在蒸汽发生器的环形下降空间中，，使水位稍稍度降低，使其过冷度增加，导致水在上升通道度固定，使沸腾区间减短，沸腾作用减弱，含速度增加，下降通道水位降低。同时，因为含水位降低。这种现象叫做水位收缩现象。在水循环流量减少，导致上升通道的沸腾区间变长于给水流量，水位不断上升，直到给水流量与量突然减少时，将出现水位膨胀现象。其原因动态响应表现如图 2.3 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623.91

【参考文献】