多模块高温气冷堆核电站的建模和操作优化
发布时间：2021-11-05 13:45
发展先进核能技术是解决能源危机和环境污染问题的重要措施。模块式高温气冷堆具有固有安全性、经济竞争力、标准化和模块化生产以及潜在的广泛适用性等优点,是第四代核能系统中很有潜能的一项技术。采用“两堆一机”发电结构的HTR-PM核电站是世界上第一座具有第四代核能系统安全特性的模块式高温气冷堆商用规模示范电站。由于堆型不同、机理复杂、发电结构独特、无法直接借鉴已有的单堆单机核电站的操作经验,HTR-PM核电站的操作运行面临巨大挑战。切实保障电站的安全、可靠、经济、高效运行是一个严峻的考验。基于模型的操作优化对HTR-PM核电站的操作运行具有重要的指导意义。本文结合HTR-PM核电站的工业背景和过程系统优化的专业背景,从大范围操作运行需求和模型优化中普遍存在的模型失配问题出发,围绕模型和优化两大核心要素,研究如何减小模型失配、促进基于模型的操作优化收敛至实际过程的最优操作。本文主要研究内容和贡献如下:（1）HTR-PM核电站的非线性机理建模。本文建立了 HTR-PM核电站全厂稳态非线性机理模型,并在典型运行工况处验证了该模型的合理性和正确性。由于建模过程中采用了简化、假设和经验公式,模型与过程对...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?ＨＴＲ－ＰＭ核电站独特发电结构示意图??５??
浙江大学博士学位论文?第一章绪论??ＮＳＳＳ系统中，反应堆和蒸发器以“肩并肩”的方式相连，如图１．３所示。分??别放置反应堆、蒸发器的两个壳体之间用热气导管壳体连接，由此构成一回路压??力边界。主氦风机布置在蒸发器壳体上方。球床堆芯内部装有大约４２万个燃料??球，具有一定流动性的球床谁芯等效高度迖１１米，等效直径迗３米。碳砖绝热??层和石墨反射层组成球床堆芯的外围，碳化硼吸收球孔道以及控制棒孔道位于球??床堆芯近处的石墨反射层内，冷却剂氦气流通孔道则设在稍外侧。球床堆芯的陶??瓷结构整体包含于金属堆芯壳内，金属堆芯壳则设置于反应堆压力容器内，金属??堆芯壳和反应堆压力容器由冷氦气冷却，以确保金属构件不承受高温［２２］。??控?机构??勝??廣《｜｜議／／上升麵??Ｉ?丨??热气联箱，｛?／?’＼??／?＼蒸汽发生器??热气导ｔ?ｉ（｜ｌ??图１．３反应堆和蒸发器“肩并肩”连接方式图??热工水力学过程对ＨＴＲ－ＰＭ核电站而言至关重要。温度约为５２３．１５Ｋ的冷氦??气经过主氦风机加压后进入热气导管，然后沿着气体通道自下而上流通，此过程??中冷氦气吸收了反射层的热量而升温。当氦气到达堆芯顶部后，自上而下折返经??过球床堆芯，这个过程中氦气从堆芯吸收了大量的热量，约升温至１０２３．１５Ｋ。随??后，热氦气流经热气导菅进入蒸发器一次侧，通过金属管壁将热量传送给蒸发器??二次侧流动的水／蒸汽。经过该热交换过程，热氦气被冷却恢复至５２３．１５Ｋ，水吸??收热量变成高温高压过热蒸汽。两个反应堆产生的蒸汽在蒸汽总管充分混合后共??同推动汽轮机发电。??ＨＴＲ－ＰＭ核电站两个反应堆可运行在相同或者不同功率水平，并且可在５
度?卜ｄ模型适用范围自适应更新机制［￣＞！模型自适应更新机制；??Ｉ?序?Ｉ?？？…一：ｚｚｚ［ｚ：：ｒ＿：二??：ｊａ－?ｉ?；?：?；?：?：?：??；解丨丨非线性机理建模丨?丨信赖域框架集成丨?丨?；??ｉ决丨丨系统化参数估计丨—丨参数映射与实时优化；：?丨双重自适应算法ｉ??Ｉ？Ｉ?｜?｜?１?ｒ?ｉ?Ｉ??ｉ略丨丨?第三章?丨丨?第四章?丨丨?第五章?ｉ??Ｉ?第六章总结与展望?Ｉ??????＂？？？？？？＿？？????????图１．４论文框架图??通常，过程对象模型仅在特定范围的操作空间内适用。若盲目将局部适用的??模型应用至大范围的操作优化，不仅可能得不到实际最优操作，甚至得不到可行??操作，危及过程的安全运行。第四章从定量确定模型适用范围的角度出发，提出??信赖域框架下的参数映射与实时优化集成算法，该算法基于模型评价自适应调整??模型适用范围，将优化模型限制在有效范围内求解。即便模型存在结构失配，信??赖域框架也能保证对实际最优操作的收敛。在合理假设下，集成算法对实际最优??操作的正确收敛被严格证明。??信赖域框架下的集成算法在每个可接受的迭代点处均更新模型。由于更新模??型涉及参数关于操作变量的灵敏度计算，集成算法的操作代价较大。对于操作变??量众多的大规模复杂系统，集成算法的操作代价更甚。为降低模型更新的操作代??价，第五章设计兼容信赖域扩展机制的模型自适应更新机制和基于梯度相关迭代??步的模型自适应更新机制。这两种模型自适应更新机制分别结合模型适用范围自??适应更新机制，得到两种双重自适应算法。在合理假设下，两种双重自适应算法??对实际最优操作的正确
【参考文献】：
期刊论文
[1]HTR-PM直流蒸汽发生器的建模与分析[J]. 刘丹,孙俊,孙玉良. 原子能科学技术. 2016(06)
[2]GASFLOW应用于HTR-PM冷却剂排放事故分析[J]. 于福江,孙喜明. 原子能科学技术. 2015(03)
[3]HTR-ESS的堆芯物理仿真方法研究[J]. 魏春琳,眭喆,孙俊,单文志. 原子能科学技术. 2013(04)
[4]从世界核电站发展趋势看我国核电发展现状[J]. 孙德意,宋浩亮,许俊斌. 上海电气技术. 2011(02)
[5]模块式高温气冷堆核电站的运行特性研究[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹. 原子能科学技术. 2009(08)
[6]螺旋管式直流蒸汽发生器的集总参数动态模型[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹. 原子能科学技术. 2008(08)
[7]10MW高温气冷堆的集总参数动态模型[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹. 原子能科学技术. 2008(05)
[8]核能发电的优点及世界核电发展动向[J]. 史永谦. 能源工程. 2007(01)
[9]考虑验前信息可信度时的Bayes估计[J]. 李鹏波,谢红卫,张金槐. 国防科技大学学报. 2003(04)
[10]HTR-10堆芯的工程化动态模型[J]. 黄晓津,冯元琨. 清华大学学报(自然科学版). 2002(S1)
博士论文
[1]热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究[D]. 祝雪妹.浙江大学 2005
本文编号：3477915
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?ＨＴＲ－ＰＭ核电站独特发电结构示意图??５??
浙江大学博士学位论文?第一章绪论??ＮＳＳＳ系统中，反应堆和蒸发器以“肩并肩”的方式相连，如图１．３所示。分??别放置反应堆、蒸发器的两个壳体之间用热气导管壳体连接，由此构成一回路压??力边界。主氦风机布置在蒸发器壳体上方。球床堆芯内部装有大约４２万个燃料??球，具有一定流动性的球床谁芯等效高度迖１１米，等效直径迗３米。碳砖绝热??层和石墨反射层组成球床堆芯的外围，碳化硼吸收球孔道以及控制棒孔道位于球??床堆芯近处的石墨反射层内，冷却剂氦气流通孔道则设在稍外侧。球床堆芯的陶??瓷结构整体包含于金属堆芯壳内，金属堆芯壳则设置于反应堆压力容器内，金属??堆芯壳和反应堆压力容器由冷氦气冷却，以确保金属构件不承受高温［２２］。??控?机构??勝??廣《｜｜議／／上升麵??Ｉ?丨??热气联箱，｛?／?’＼??／?＼蒸汽发生器??热气导ｔ?ｉ（｜ｌ??图１．３反应堆和蒸发器“肩并肩”连接方式图??热工水力学过程对ＨＴＲ－ＰＭ核电站而言至关重要。温度约为５２３．１５Ｋ的冷氦??气经过主氦风机加压后进入热气导管，然后沿着气体通道自下而上流通，此过程??中冷氦气吸收了反射层的热量而升温。当氦气到达堆芯顶部后，自上而下折返经??过球床堆芯，这个过程中氦气从堆芯吸收了大量的热量，约升温至１０２３．１５Ｋ。随??后，热氦气流经热气导菅进入蒸发器一次侧，通过金属管壁将热量传送给蒸发器??二次侧流动的水／蒸汽。经过该热交换过程，热氦气被冷却恢复至５２３．１５Ｋ，水吸??收热量变成高温高压过热蒸汽。两个反应堆产生的蒸汽在蒸汽总管充分混合后共??同推动汽轮机发电。??ＨＴＲ－ＰＭ核电站两个反应堆可运行在相同或者不同功率水平，并且可在５
度?卜ｄ模型适用范围自适应更新机制［￣＞！模型自适应更新机制；??Ｉ?序?Ｉ?？？…一：ｚｚｚ［ｚ：：ｒ＿：二??：ｊａ－?ｉ?；?：?；?：?：?：??；解丨丨非线性机理建模丨?丨信赖域框架集成丨?丨?；??ｉ决丨丨系统化参数估计丨—丨参数映射与实时优化；：?丨双重自适应算法ｉ??Ｉ？Ｉ?｜?｜?１?ｒ?ｉ?Ｉ??ｉ略丨丨?第三章?丨丨?第四章?丨丨?第五章?ｉ??Ｉ?第六章总结与展望?Ｉ??????＂？？？？？？＿？？????????图１．４论文框架图??通常，过程对象模型仅在特定范围的操作空间内适用。若盲目将局部适用的??模型应用至大范围的操作优化，不仅可能得不到实际最优操作，甚至得不到可行??操作，危及过程的安全运行。第四章从定量确定模型适用范围的角度出发，提出??信赖域框架下的参数映射与实时优化集成算法，该算法基于模型评价自适应调整??模型适用范围，将优化模型限制在有效范围内求解。即便模型存在结构失配，信??赖域框架也能保证对实际最优操作的收敛。在合理假设下，集成算法对实际最优??操作的正确收敛被严格证明。??信赖域框架下的集成算法在每个可接受的迭代点处均更新模型。由于更新模??型涉及参数关于操作变量的灵敏度计算，集成算法的操作代价较大。对于操作变??量众多的大规模复杂系统，集成算法的操作代价更甚。为降低模型更新的操作代??价，第五章设计兼容信赖域扩展机制的模型自适应更新机制和基于梯度相关迭代??步的模型自适应更新机制。这两种模型自适应更新机制分别结合模型适用范围自??适应更新机制，得到两种双重自适应算法。在合理假设下，两种双重自适应算法??对实际最优操作的正确
【参考文献】：
期刊论文
[1]HTR-PM直流蒸汽发生器的建模与分析[J]. 刘丹,孙俊,孙玉良. 原子能科学技术. 2016(06)
[2]GASFLOW应用于HTR-PM冷却剂排放事故分析[J]. 于福江,孙喜明. 原子能科学技术. 2015(03)
[3]HTR-ESS的堆芯物理仿真方法研究[J]. 魏春琳,眭喆,孙俊,单文志. 原子能科学技术. 2013(04)
[4]从世界核电站发展趋势看我国核电发展现状[J]. 孙德意,宋浩亮,许俊斌. 上海电气技术. 2011(02)
[5]模块式高温气冷堆核电站的运行特性研究[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹. 原子能科学技术. 2009(08)
[6]螺旋管式直流蒸汽发生器的集总参数动态模型[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹. 原子能科学技术. 2008(08)
[7]10MW高温气冷堆的集总参数动态模型[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹. 原子能科学技术. 2008(05)
[8]核能发电的优点及世界核电发展动向[J]. 史永谦. 能源工程. 2007(01)
[9]考虑验前信息可信度时的Bayes估计[J]. 李鹏波,谢红卫,张金槐. 国防科技大学学报. 2003(04)
[10]HTR-10堆芯的工程化动态模型[J]. 黄晓津,冯元琨. 清华大学学报(自然科学版). 2002(S1)
博士论文
[1]热集成精馏系统建模、优化与控制的若干问题研究[D]. 祝雪妹.浙江大学 2005
本文编号：3477915
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