钠冷快堆的线性自抗扰控制方法研究

发布时间：2020-08-27 22:13

【摘要】：发展快堆,对于推进核燃料闭式循环、促进核能可持续发展、消除核能对环境的影响都具有重要意义。快堆功率调节系统用于其启\停堆、升\降功率及维持稳态运行,在整个快堆控制系统中起着极其重要的作用,提高其性能有利于快堆的安全经济运行。钠冷快堆缓发中子份额小,在同样的反应性扰动下,相比于压水堆,反应堆周期更短,堆功率变化更快,要求控制器具有更快的响应速度;堆芯燃料富集度高、能谱硬,造成多普勒效应比热堆小,自平衡能力较弱,对控制系统稳定性要求更高;钠热容小,且导热更好,功率调节过程中容易导致堆芯出口温度波动较大,要求堆功率超调量较小。为了保证燃料包壳与液钠之间良好的传热和燃料芯块的完整性,堆芯液钠进出口温差要保持在一定的范围内。由于反应性温度反馈,堆功率与温度之间存在复杂的耦合效应,功率控制和出口冷却剂温度控制需要考虑解耦问题。因此,针对钠冷快堆功率和钠温调节研究一种稳定性好,响应速度快,超调量小,抗干扰能力强的控制器的设计方法,具有一定的理论价值和较高的工程应用价值。设计合理的线性自抗扰控制(LADRC)器一般具有比传统PID更好的控制性能、抗扰能力和鲁棒性,且具有结构简单、参数整定容易的优点。针对钠冷快堆控制更高的性能需求,分别设计了堆功率和堆芯冷却剂出口温度线性自抗扰控制器。并针对钠冷快堆的动力学特性和控制品质要求,对LADRC做了有针对性的改进和综合运用。首先,根据钠冷快堆动力学模型,优化了线性扩张状态观测器(LESO)设计,LADRC参数整定方法。基于快堆中子动力学模型和堆芯热传输模型分别导出了用于控制器设计的相对功率和冷却剂出口温度的二阶非线性模型;基于导出的模型设计了对应的加入模型信息的线性扩张状态观测器(LESO);基于所导出的二阶模型的时间尺度参数确定了 LESO带宽范围,根据最大可能偏差和棒速允许范围确定了比例微分(PD)控制器带宽范围,并据此进行了 LADRC参数整定。然后,针对LADRC自身的局限性,研究了基于LADRC的复合控制策略。为降低非线性项对LADRC性能的影响,提出了线性自抗扰结合部分状态反馈线性化控制方法;为降低耦合效应对LADRC性能的影响,给出了线性自抗扰结合前馈控制控制方法。并将上述改进LADRC和复合控制策略分别应用于堆功率控制和堆芯冷却剂出口温度控制。并在模型中加入反应性、冷却剂入口温度与流量的阶跃扰动,以验证系统的抗扰能力。仿真结果表明,加入模型信息的LESO具有更好的总扰动估计效果,对应的LADRC性能更优;结合了反馈线性化与前馈控制单元的LADRC抗扰能力更强,控制效果更好。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL433;TG111.4;TP273
【图文】：

示意图,金属合金,主系统,混合氧化物

图２－］邋ＡＢＲ１０００主系统示意图逡逑ＡＢＲ１０００可使用三元金属合金（Ｕ－ＴＲＵ－１０Ｚｒ）或混合氧化物⑴０２邋＋邋ＴＲＵ0２）逡逑燃料。图２－２显示堆芯径向结构排布，它包括１８０个燃料组件，１１４个反射组件，逡逑６６个径向屏蔽，以及１５个主要和４个辅助控制组件。堆芯燃料区分为内层区和外逡逑层区，分别由７８和１０２个燃料组件组成。使用两个独立的安全级反应性控制系统。逡逑主系统包括第四层中的３个控制组件和第七层中的１２个控制组件，辅助控制系统逡逑包括位于堆芯中心和第四层的４个拧制组件。逡逑６逡逑

示意图,径向结构,堆芯,示意图

２．３点堆动态方程逡逑热堆和快堆的反应堆动态方程是相同的。点堆动力学在快堆中的应州比热堆更逡逑有效，Ｗ为快堆能与中Ｔ更紧密的耦合。紧耦合意味着屮子通量更加接近分离的时逡逑空变量，这是点动力学近似有效的必要条件。逡逑从屮丫？迁移特性上讲，快屮ｆ？反应堆更紧凑，更能满足中子通量密度空间变量和逡逑时Ｎ变量分离的条件。对这样的小型快中子反应堆，无疑更能适用点堆动力学模型。逡逑控制系统研究所设及的Ｉ：况均处于临界附近，因而更适合采用点堆动态模型。总功率逡逑仅由裂变产生，忽略衰变热，点堆动态方程如下｜１８｜：逡逑±，邋＝邋ＰｚＡｎｒ＋ｌＣｒ逦（２－１）逡逑ｄｌ邋Ｉ邋／逡逑—＝Ａ？ｒ邋－邋Ａｃｒ逦（２－２）逡逑ｄｌ逡逑ｐ，邋ｑ，Ａ，邋／和卩分别是相对功率，反应性，相对先驱核浓度，衰变常数，瞬发逡逑中子寿命和有效缓发中Ｔ份额。逡逑

可能值,冷却剂,允许值,控制量

图３－丨相对功率的总扰动变化逡逑２０００－邋－邋－邋＇逡逑

【相似文献】