CPR1000核电厂SG水位鲁棒H_∞控制方法研究

发布时间：2020-06-13 09:56

【摘要】：蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备,在能量转换的过程中,蒸汽发生器既是一回路设备,也是二回路设备,所以被称为一、二回路的枢纽。由于蒸汽发生器系统本身具有非线性、高复杂性、非最小相位,以及“膨胀”和“收缩”现象使得蒸汽发生器水位控制变得非常困难。目前CPR1000核电厂中蒸汽发生器水位的控制方法是传统的串级PID控制,这种控制方法难以满足核动力装置瞬态情况下的自动控制要求,因此本文考虑将鲁棒H∞控制方法应用到蒸汽发生器水位控制系统的设计中。本文将CPR1000核电厂的蒸汽发生器水位数学模型与线性参数变化(Linear Parameter Varying, LPV)理论相结合,研究了鲁棒H∞控制问题。首先,建立仿射LPV水位模型,对此蒸汽发生器水位模型的“虚假液位”现象进行分析。其次,设计了单PID控制器、双PID控制器,以及串级PID控制器,仿真验证了所设计的PID控制器对水位控制的有效性。然后基于LPV理论,利用鲁棒控制理论设计了分段状态反馈凰控制器和分段输出反馈H∞控制器,仿真结果验证了这两种控制器能够有效地控制蒸汽发生器水位,并且满足一定的性能指标。为了提高控制性能,设计了分段状态反馈H∞控制器与PID结合的复合控制器。最后,通过计算所设计的蒸汽发生器水位控制器的均方误差(Mean Square Error,简称MSE)性能指标值和最大超调量(Maximum Overshoot,简称MO)性能指标,对控制器的性能进行评价。
【图文】：

核动力装置,压水堆,蒸汽发生器

型有压水反应堆、沸水反应堆、重水反应堆等堆型。在商用的核电厂中用的比较多的逡逑是压水反应堆。压水堆核动力装置主要由两个回路系统组成，即一回路系统和二回路逡逑系统。其原理流程如图１．１。逡逑汽轮机进气《逡逑（（＂＾邋＿＿逡逑二目路系统逦ＩＬ—－逡逑ｆ汽轮机逡逑蒸汽发生器逦拾＾刺《逦＾邋１逡逑控制样及驱动机构逦逦ｉ＝ｗ＝？＼逦逦？邋Ｉ逡逑逦邋ｙ逦冷凝器逡逑Ｊ１邋—逦ＬＪ广逡逑＾逦｜｜逦逦邋给水泵逡逑＝ＵＪＩ——逡逑反应堆Ｉ逦一回路系统逡逑Ｖ逦／逦主逦）逡逑图１．１压水堆核动力装置流程简图逡逑一回路系统由主循环泵、蒸汽发生器（Ｓｔｅａｍ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＳＧ）、稳压器、管道以及逡逑阀门组成。反应堆堆芯通过裂变反应产生出大量的热量传递给主冷却剂，冷却剂被主循逡逑环泵送到蒸汽发生器内，，热量通过蒸汽发生器的Ｕ型管管壁被传递给二回路水，冷却之逡逑后再由主循环泵送回到反应堆内，如此循环往复。逡逑二回路系统是将蒸汽的热量转换成机械能或者电能的装置。二回路系统主要由汽轮逡逑机、汽水分离器、冷凝器、给水泵、给水加热器、除氧器等设备及相应的管道、阀门组逡逑成。二回路的给水在蒸汽发生器内吸收一回路冷却剂传给的热量后变成蒸汽，然后进入逡逑汽轮机做功，最终的乏汽全部进入冷凝器中凝结成水，然后经过低压加热器，除氧器，逡逑最终由给水泵送到高压加热器，之后再返回到蒸汽发生器换热，这样就构成二回路的密逡逑闭循环［６］。逡逑２逡逑

阶跃曲线,给水流量,量单位,水位

（１）水位对蒸汽流量阶跃变化的响应逡逑由图２．１邋（ａ）可以看出水位对蒸汽流量阶跃变化的响应，当蒸汽流量阶跃增加时，水逡逑是先上升后下降，产生这种现象的原因如下，当蒸汽负荷不断的增加时，ＳＧ的蒸汽逡逑力会快速下降的。那么在上升通道中将会有越来越多的汽泡产生，这将使得循环水的逡逑环流动的阻力增加，从而使循环的流量减小，之后给水将会在下降通道的上部空间积逡逑，这样就会使得水位上升。另一个原因是蒸汽发生器流量突然增加，会使再循环流量逡逑加，那么下降通道环形空间水位将会上升。逡逑由于上述的两个原因，我们观察到水位迅速上升的现象。通常我们称这一现象为“水逡逑膨胀”现象。这种现象一般会出现在水位调节器作用之前，过渡过程之后，蒸汽流量逡逑大于给水流量，从而水位会逐渐下降。逡逑（２）水位对给水流量阶跃变化的响应逡逑如图２．１邋（ｂ）所示，当给水流量阶跃增加时，水位先是稍有上升，然后又降低，后逡逑又恢复上升，这种现象通常叫作“水位收缩”现象。这是由于给水流量突然增加，ＳＧ逡逑
【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】：2014
【分类号】：TM623

【参考文献】