小型模块化反应堆冷却剂平均温度的预测控制方法
发布时间：2021-02-23 04:20
小堆的应用相对大型压水堆更具有灵活性,需要考虑在并网和孤岛运行下的负荷变动需求,然而棒速控制下的冷却剂平均温度被控系统是非自衡系统,且具有较强的刚性、开环不稳定性以及复杂的非线性。本文设计了一种改进型动态矩阵控制器（DMC）。该控制器拓宽了传统预测控制的适用范围,克服了该算法的适用局限性。通过与程序单元控制以及比例积分（PI）控制进行对比,验证了改进型DMC预测控制下的冷却剂平均温度系统稳态误差更小,响应速度更快,具有更好的跟踪性能。
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
棒速变化对比图Fig.5ComparisonofRodSpeed
下的预测输出mT并用于下一步的实时控制，整个DMC算法由预测值计算、滚动优化以及反馈矫正循环交替进行。2.2棒速信号求解由于冷却剂平均温度为非自衡被控对象，上述控制量u仅为作用于自衡化模型的间接输入信号，因此还需求解出直接作用于控制棒驱动机构的实际棒速控制信号cu：cmututKTtmutTt（14）在每一次求得预测控制量u后，由式（14）可得控制棒cu，完成棒速输入下的冷却剂平均温度改进型预测控制器的设计。控制系统整体结构如图3所示。3仿真分析本文基于MATLAB仿真平台，搭建棒速输入下的小堆冷却剂平均温度改进型DMC算法控制回路，并通过与PI控制器以及棒速程序单元控制器的控制效果进行对比，检测文中所提出的非自衡系统预测控制器的控制效果。由式（6）的求解结果，堆芯满功率运行状态下，冷却剂平均温度初始值mT0为243.3℃。在t0s给定冷却剂平均温度阶跃设定值msT为246.3℃。PI控制器的相关参数取值为kp=0.1，ki=0.2。棒速程序控制单元是依据核电厂运行经验所规定的，基于冷却剂温度偏差变化下的控制棒棒速运行曲线[1]。运行曲线图如图4所示。图4棒速程序单元运行曲线Fig.4OperationCurveforRodSpeedProgramUnit启动MATLAB仿真后，3种控制方法的控制效果对比如图5~图8所示。其中cu的变化趋势对比见图5，fT的变化趋势对比见图6，cdT的变化趋势对比见图7，mT的变化趋势对比见图8。由仿真曲线可知，3种控制方式下的堆芯各区域平均温度均未超过安全限值，且预测控制下冷却剂?
潘瑾宜等：小型模块化反应堆冷却剂平均温度的预测控制方法67图6燃料平均温度对比图Fig.6ComparisonofAverageFuelTemperature图7包壳平均温度对比图Fig.7ComparisonofAverageTemperatureofCladding图8冷却剂平均温度对比图Fig.8ComparisonofAverageCoolantTemperature到达稳定。由于死区的存在，棒速程序控制下冷却剂平均温度有大约0.56℃的稳态误差。结果表明将DMC算法应用于冷却剂平均温度系统的控制器设计，能够较为快速、稳定地恢复到设定值，消除了系统误差，有效缩短了系统的响应时间，在一定程度上改善了系统的控制性能。4结束语本文对棒速输入下的冷却剂平均温度被控系统进行了稳定性分析，然后针对棒速输入下的非渐进稳定的冷却剂平均温度被控系统设计了改进型DMC预测控制器。通过引入间接输入信号以及反馈环节，对DMC预测控制器进行改进，拓宽了DMC算法的适用范围。最后通过与经典PI控制器和棒速程序单元的控制效果进行对比，验证了本文设计的改进型预测控制器对小堆冷却剂平均温度具有良好的控制效果。在冷却剂升温调节过程中，加入DMC预测控制器的冷却剂平均温度被控系统的响应速度更快，对冷却剂平均温度设定值的跟踪能力更强。由于小堆通常具有内置控制棒驱动机构，还可以考虑小堆控制棒的实际运动规律对冷却剂平均温度的影响，以完善后续的研究。参考文献：[1]俞赟.模型预测控制在核电站堆芯温度控制中的应用研究[D].北京：华北电力大学，2011.[2]钱虹，金蔚霄.基于多模型动态矩阵预测的冷却剂平均温度控制[J].热力发电，2015(11):98-103.[3]邹涛，刘红波，李少远.锅炉汽包水位非自衡系统的预
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多模型动态矩阵预测的冷却剂平均温度控制[J]. 钱虹,金蔚霄. 热力发电. 2015(11)
[2]锅炉汽包水位非自衡系统的预测控制[J]. 邹涛,刘红波,李少远. 控制理论与应用. 2004(03)
[3]非自衡对象的预测控制[J]. 张政江,皮道映,孙优贤. 浙江大学学报(工学版). 2001(03)
[4]一个新的求解点堆中子动力学方程组的数值方法[J]. 陈昌友. 核科学与工程. 1998(04)
硕士论文
[1]模型预测控制在核电站堆芯温度控制中的应用研究[D]. 俞赟.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3047009
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
棒速变化对比图Fig.5ComparisonofRodSpeed
下的预测输出mT并用于下一步的实时控制，整个DMC算法由预测值计算、滚动优化以及反馈矫正循环交替进行。2.2棒速信号求解由于冷却剂平均温度为非自衡被控对象，上述控制量u仅为作用于自衡化模型的间接输入信号，因此还需求解出直接作用于控制棒驱动机构的实际棒速控制信号cu：cmututKTtmutTt（14）在每一次求得预测控制量u后，由式（14）可得控制棒cu，完成棒速输入下的冷却剂平均温度改进型预测控制器的设计。控制系统整体结构如图3所示。3仿真分析本文基于MATLAB仿真平台，搭建棒速输入下的小堆冷却剂平均温度改进型DMC算法控制回路，并通过与PI控制器以及棒速程序单元控制器的控制效果进行对比，检测文中所提出的非自衡系统预测控制器的控制效果。由式（6）的求解结果，堆芯满功率运行状态下，冷却剂平均温度初始值mT0为243.3℃。在t0s给定冷却剂平均温度阶跃设定值msT为246.3℃。PI控制器的相关参数取值为kp=0.1，ki=0.2。棒速程序控制单元是依据核电厂运行经验所规定的，基于冷却剂温度偏差变化下的控制棒棒速运行曲线[1]。运行曲线图如图4所示。图4棒速程序单元运行曲线Fig.4OperationCurveforRodSpeedProgramUnit启动MATLAB仿真后，3种控制方法的控制效果对比如图5~图8所示。其中cu的变化趋势对比见图5，fT的变化趋势对比见图6，cdT的变化趋势对比见图7，mT的变化趋势对比见图8。由仿真曲线可知，3种控制方式下的堆芯各区域平均温度均未超过安全限值，且预测控制下冷却剂?
潘瑾宜等：小型模块化反应堆冷却剂平均温度的预测控制方法67图6燃料平均温度对比图Fig.6ComparisonofAverageFuelTemperature图7包壳平均温度对比图Fig.7ComparisonofAverageTemperatureofCladding图8冷却剂平均温度对比图Fig.8ComparisonofAverageCoolantTemperature到达稳定。由于死区的存在，棒速程序控制下冷却剂平均温度有大约0.56℃的稳态误差。结果表明将DMC算法应用于冷却剂平均温度系统的控制器设计，能够较为快速、稳定地恢复到设定值，消除了系统误差，有效缩短了系统的响应时间，在一定程度上改善了系统的控制性能。4结束语本文对棒速输入下的冷却剂平均温度被控系统进行了稳定性分析，然后针对棒速输入下的非渐进稳定的冷却剂平均温度被控系统设计了改进型DMC预测控制器。通过引入间接输入信号以及反馈环节，对DMC预测控制器进行改进，拓宽了DMC算法的适用范围。最后通过与经典PI控制器和棒速程序单元的控制效果进行对比，验证了本文设计的改进型预测控制器对小堆冷却剂平均温度具有良好的控制效果。在冷却剂升温调节过程中，加入DMC预测控制器的冷却剂平均温度被控系统的响应速度更快，对冷却剂平均温度设定值的跟踪能力更强。由于小堆通常具有内置控制棒驱动机构，还可以考虑小堆控制棒的实际运动规律对冷却剂平均温度的影响，以完善后续的研究。参考文献：[1]俞赟.模型预测控制在核电站堆芯温度控制中的应用研究[D].北京：华北电力大学，2011.[2]钱虹，金蔚霄.基于多模型动态矩阵预测的冷却剂平均温度控制[J].热力发电，2015(11):98-103.[3]邹涛，刘红波，李少远.锅炉汽包水位非自衡系统的预
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多模型动态矩阵预测的冷却剂平均温度控制[J]. 钱虹,金蔚霄. 热力发电. 2015(11)
[2]锅炉汽包水位非自衡系统的预测控制[J]. 邹涛,刘红波,李少远. 控制理论与应用. 2004(03)
[3]非自衡对象的预测控制[J]. 张政江,皮道映,孙优贤. 浙江大学学报(工学版). 2001(03)
[4]一个新的求解点堆中子动力学方程组的数值方法[J]. 陈昌友. 核科学与工程. 1998(04)
硕士论文
[1]模型预测控制在核电站堆芯温度控制中的应用研究[D]. 俞赟.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3047009
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