压水堆负荷跟踪建模及其功率控制系统的优化与仿真
发布时间：2022-07-15 17:13
截止2013年12月，我国已投运的核电机组虽然达到17台，总装机容量达到1500万千瓦，但我国核能发电量还不足全年全部发电量的2%，也远远不及全球核能发电量占所有发电量17%的平均水平；同时，在2007年国家发改委就制定并相继修订了《核电中长期发展规划（2005-2020年）》来积极支持清洁能源核电的发展。核电容量在电网中比重的日益增大将越来越迫切地要求核电机组参与电网调峰，让核电机组适时地进行负荷跟踪运行。负荷跟踪运行可以有效协调机组产能与电网负荷需求，促进电网频率的稳定性和抗冲击性，延长堆芯的循环寿期，提高核电机组运行的综合经济性能。本文着重针对压水堆核电厂的负荷跟踪过程进行理论建模，并将压水堆负荷跟踪的功率控制系统通过结合一种改进型史密斯预估校正控制策略来优化。首先，阐述了压水堆核电厂及负荷跟踪相关的物理知识，推导了压水堆堆芯等效单组缓发中子的点堆动力学模型，建立了描述压水堆核电厂负荷跟踪过程的微分时域模型，并通过这些微分方程推导了状态空间模型。基于状态空间模型和具体核电厂的运行参数数据，求解了压水堆负荷跟踪的传递函数，并根据压水堆的固有特性对仿真模型进行了验证，确认了所建模型的...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 核电厂反应堆动态模型发展现状
1.2.2 核电厂负荷跟踪控制策略发展现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文的组织结构
2 压水堆核电厂概述及相关基础理论
2.1 压水堆核电厂概述
2.1.1 压水堆堆芯
2.1.2 压水堆核电厂工作流程
2.2 反应堆中子与原子核的相互作用
2.2.1 中子种类
2.2.2 中子通量密度
2.2.3 中子-核反应
2.2.4 中子核截面和中子平均自由程
2.2.5 中子核反应率
2.3 压水堆核裂变反应
2.3.1 铀-235 裂变反应
2.3.2 中子的慢化和扩散
2.3.3 中子循环和增殖因子反应性
2.3.4 反应性和影响反应性的因素
2.3.5 中子平均寿命和周期
2.4 本章小结
3 压水堆负荷跟踪分析与建模
3.1 反应堆功率模型
3.2 反应堆点堆中子动态模型
3.2.1 Fick 扩散定律
3.2.2 中子泄漏的计算
3.2.3 单群中子扩散方程
3.2.4 点堆中子动力学模型
3.3 堆芯反应性模型
3.3.1 多普勒温度效应
3.3.2 慢化冷却剂温度效应
3.3.3 氙中毒效应
3.3.4 燃料的燃耗效应
3.3.5 压水堆的空泡系数
3.3.6 控制棒感生反应性
3.4 堆芯燃料和慢化冷却剂温度模型
3.5 压水堆芯负荷跟踪的状态空间描述
3.5.1 状态空间描述法概述
3.5.2 压水堆负荷跟踪的状态空间描述法
3.6 压水反应堆堆芯的时变效应
3.7 压水堆负荷跟踪的传递函数
3.8 压水堆负荷跟踪模型的验证
3.9 本章小结
4 压水堆负荷跟踪功率控制系统的优化与实现
4.1 PID 控制系统原理
4.2 史密斯迟延校正控制系统原理
4.3 一种改进的史密斯校正控制系统原理
4.4 改进型史密斯校正控制器在负荷跟踪控制的优化设计
4.5 压水堆负荷跟踪功率控制系统优化的实现
4.6 本章小结
5 压水堆负荷跟踪功率控制系统仿真与对比
5.1 核电厂的运行模式
5.1.1 “机跟堆”模式
5.1.2 “堆跟机”模式
5.2 反应堆功率控制系统设计要求
5.3 压水堆负荷跟踪控制的仿真
5.3.1 SIMULINK 软件简介
5.3.2 PID 控制器参数的整定
5.3.3 PID 控制系统与优化控制系统的仿真对比模型图
5.3.4 控制系统仿真对比结果及分析
5.4 压水堆堆负荷跟踪优化控制系统的鲁棒性仿真
5.4.1 优化控制系统鲁棒性试验仿真对比模型图
5.4.2 优化控制系统鲁棒性仿真结果及分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文主要结论
6.2 论文创新点说明
6.3 研究展望
参考文献
附录1
攻读学位期间获得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电机组参与调峰可行性分析及模式探讨[J]. 王淼,闫方,李文波,井艳清. 电气应用. 2013(18)
[2]大型核电机组负荷跟踪控制技术[J]. 伍宇忠,赵福宇. 热力发电. 2013(04)
[3]自适应模糊史密斯控制算法在污水处理系统中的应用[J]. 常丽媛,樊冬梅,张蕾. 科技传播. 2012(16)
[4]大型压水堆核电机组建模研究[J]. 吴国旸,宋新立,仲悟之,谢成龙,阙加雄. 电力科学与技术学报. 2012(02)
[5]一种压水堆负荷跟踪控制方法[J]. 陈登科,张大发. 海军工程大学学报. 2011(04)
[6]一种改进的主汽温Smith预估补偿控制[J]. 崔晓波,王明春,张雨飞. 锅炉技术. 2011(04)
[7]国外核电机组参与系统调峰情况分析[J]. 彭波,余文奇,刘云. 南方电网技术. 2011(03)
[8]基于模糊自适应PID控制的压水堆负荷跟踪[J]. 吴萍,刘涤尘,赵洁,曾正,杜治,雷庆生. 电网技术. 2011(04)
[9]压水堆核电机组负荷跟踪能力综述[J]. 余文奇,彭波,郑秀波. 中国能源. 2011(03)
[10]压水堆核电厂负荷跟踪系统设计与特性研究[J]. 施希,吴萍,赵洁,刘涤尘. 核动力工程. 2010(06)
博士论文
[1]核电厂运行关键控制过程仿真优化与方法研究[D]. 龚迪琛.成都理工大学 2013
[2]大型压水堆核电站接入电网的理论和技术研究[D]. 施希.武汉大学 2009
硕士论文
[1]基于Ovation的核电站一回路控制系统研究[D]. 蔡志云.哈尔滨工程大学 2011
[2]汽车制造厂零部件入厂物流循环取货运输路线规划和优化算法的研究[D]. 汪金莲.上海交通大学 2009
[3]压水堆核电站的建模控制与仿真软件开发[D]. 史瑛杰.上海交通大学 2008
本文编号：3662491
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 核电厂反应堆动态模型发展现状
1.2.2 核电厂负荷跟踪控制策略发展现状
1.3 论文主要工作
1.4 论文的组织结构
2 压水堆核电厂概述及相关基础理论
2.1 压水堆核电厂概述
2.1.1 压水堆堆芯
2.1.2 压水堆核电厂工作流程
2.2 反应堆中子与原子核的相互作用
2.2.1 中子种类
2.2.2 中子通量密度
2.2.3 中子-核反应
2.2.4 中子核截面和中子平均自由程
2.2.5 中子核反应率
2.3 压水堆核裂变反应
2.3.1 铀-235 裂变反应
2.3.2 中子的慢化和扩散
2.3.3 中子循环和增殖因子反应性
2.3.4 反应性和影响反应性的因素
2.3.5 中子平均寿命和周期
2.4 本章小结
3 压水堆负荷跟踪分析与建模
3.1 反应堆功率模型
3.2 反应堆点堆中子动态模型
3.2.1 Fick 扩散定律
3.2.2 中子泄漏的计算
3.2.3 单群中子扩散方程
3.2.4 点堆中子动力学模型
3.3 堆芯反应性模型
3.3.1 多普勒温度效应
3.3.2 慢化冷却剂温度效应
3.3.3 氙中毒效应
3.3.4 燃料的燃耗效应
3.3.5 压水堆的空泡系数
3.3.6 控制棒感生反应性
3.4 堆芯燃料和慢化冷却剂温度模型
3.5 压水堆芯负荷跟踪的状态空间描述
3.5.1 状态空间描述法概述
3.5.2 压水堆负荷跟踪的状态空间描述法
3.6 压水反应堆堆芯的时变效应
3.7 压水堆负荷跟踪的传递函数
3.8 压水堆负荷跟踪模型的验证
3.9 本章小结
4 压水堆负荷跟踪功率控制系统的优化与实现
4.1 PID 控制系统原理
4.2 史密斯迟延校正控制系统原理
4.3 一种改进的史密斯校正控制系统原理
4.4 改进型史密斯校正控制器在负荷跟踪控制的优化设计
4.5 压水堆负荷跟踪功率控制系统优化的实现
4.6 本章小结
5 压水堆负荷跟踪功率控制系统仿真与对比
5.1 核电厂的运行模式
5.1.1 “机跟堆”模式
5.1.2 “堆跟机”模式
5.2 反应堆功率控制系统设计要求
5.3 压水堆负荷跟踪控制的仿真
5.3.1 SIMULINK 软件简介
5.3.2 PID 控制器参数的整定
5.3.3 PID 控制系统与优化控制系统的仿真对比模型图
5.3.4 控制系统仿真对比结果及分析
5.4 压水堆堆负荷跟踪优化控制系统的鲁棒性仿真
5.4.1 优化控制系统鲁棒性试验仿真对比模型图
5.4.2 优化控制系统鲁棒性仿真结果及分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文主要结论
6.2 论文创新点说明
6.3 研究展望
参考文献
附录1
攻读学位期间获得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电机组参与调峰可行性分析及模式探讨[J]. 王淼,闫方,李文波,井艳清. 电气应用. 2013(18)
[2]大型核电机组负荷跟踪控制技术[J]. 伍宇忠,赵福宇. 热力发电. 2013(04)
[3]自适应模糊史密斯控制算法在污水处理系统中的应用[J]. 常丽媛,樊冬梅,张蕾. 科技传播. 2012(16)
[4]大型压水堆核电机组建模研究[J]. 吴国旸,宋新立,仲悟之,谢成龙,阙加雄. 电力科学与技术学报. 2012(02)
[5]一种压水堆负荷跟踪控制方法[J]. 陈登科,张大发. 海军工程大学学报. 2011(04)
[6]一种改进的主汽温Smith预估补偿控制[J]. 崔晓波,王明春,张雨飞. 锅炉技术. 2011(04)
[7]国外核电机组参与系统调峰情况分析[J]. 彭波,余文奇,刘云. 南方电网技术. 2011(03)
[8]基于模糊自适应PID控制的压水堆负荷跟踪[J]. 吴萍,刘涤尘,赵洁,曾正,杜治,雷庆生. 电网技术. 2011(04)
[9]压水堆核电机组负荷跟踪能力综述[J]. 余文奇,彭波,郑秀波. 中国能源. 2011(03)
[10]压水堆核电厂负荷跟踪系统设计与特性研究[J]. 施希,吴萍,赵洁,刘涤尘. 核动力工程. 2010(06)
博士论文
[1]核电厂运行关键控制过程仿真优化与方法研究[D]. 龚迪琛.成都理工大学 2013
[2]大型压水堆核电站接入电网的理论和技术研究[D]. 施希.武汉大学 2009
硕士论文
[1]基于Ovation的核电站一回路控制系统研究[D]. 蔡志云.哈尔滨工程大学 2011
[2]汽车制造厂零部件入厂物流循环取货运输路线规划和优化算法的研究[D]. 汪金莲.上海交通大学 2009
[3]压水堆核电站的建模控制与仿真软件开发[D]. 史瑛杰.上海交通大学 2008
本文编号：3662491
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3662491.html
