核反应堆功率调节系统控制特性研究

某新型研究堆采用新型燃料元件和堆芯结构，反应堆的控制特性缺乏基本数据，功率调节系统的设计无可借鉴经验。通过半实物仿真试验，在同一功率定值下分别引入阶跃和斜坡反应性扰动，考虑调节棒在不同位置的价值影响，采用PD控制方案研究功率调节系统的调节特性和控制效果，并对控制方案和PD参数进行比较和优化，为反应堆功率调节系统的设计和投入运行奠定基础。半实物仿真试验结果表明：采用同一组控制器参数，无法满足预定的控制要求。充分发挥数字化控制器的优点，在同一功率定值、不同棒位下，采用不同的控制器参数能较好地满足预定的控制指标和性能要求。     

蒸汽发生器水位改进分数阶控制器研究

蒸汽发生器在瞬态扰动时存在严重的虚假水位现象,增加了低功率水位控制的难度。为研究蒸汽发生器低功率水位控制问题,利用线性参数变化理论,建立了时变的多胞线性参数变化模型。在此模型基础上,提出了分数阶控制器。依据分数阶微积分理论,设计了串级分数阶PI^λD^μ控制器。根据Oustaloup间接离散化方法实现了分数阶PI^λD^μ控制并对Oustaloup方法进行了改进。研究了在负荷变化时,内环和外环4个阶次参数以及改进算法后2个参数变化对系统控制性能的影响。在不同功率区间,相同负荷变化的情况下,对改进后的串级分数阶PI^λD^μ控制器进行了仿真实验。结果表明,所设计的改进串级分数阶PI^λD^μ控制器能有效抑制干扰,分数阶微积分算子的阶次以及改进的Oustaloup方法引入的系数对控制效果均有一定影响,合理调节参数能明显改善系统的控制性能。     

液态熔盐堆堆芯功率内模控制器设计与仿真

内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略,具有结构简单、设计直观、无需精确的数学模型、在线调整参数少等优点。为探索内模控制在反应堆控制领域中的应用,以熔盐实验堆堆芯功率控制为例,通过建立熔盐实验堆一回路系统线性化模型,采用内模控制技术,结合粒子群优化算法设计堆芯功率内模控制器。并基于MATLAB/Simulink建立熔盐实验堆一回路仿真系统,开展熔盐实验堆堆芯阶跃反应性扰动下的功率控制研究。结果表明,所设计的堆芯功率内模控制器可很好地控制堆芯功率,实现系统的快速稳定。     

液态熔盐堆堆芯功率内模控制器设计与仿真

内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略,具有结构简单、设计直观、无需精确的数学模型、在线调整参数少等优点。为探索内模控制在反应堆控制领域中的应用,以熔盐实验堆堆芯功率控制为例,通过建立熔盐实验堆一回路系统线性化模型,采用内模控制技术,结合粒子群优化算法设计堆芯功率内模控制器。并基于MATLAB/Simulink建立熔盐实验堆一回路仿真系统,开展熔盐实验堆堆芯阶跃反应性扰动下的功率控制研究。结果表明,所设计的堆芯功率内模控制器可很好地控制堆芯功率,实现系统的快速稳定。     

新型模糊控制器在小型反应堆功率控制系统中的应用

对新型通用模糊控制器在研究用小型反应堆功率控制系统上的实现方法进行了介绍.该算法用于小型反应堆功率控制系统.涵盖了过去模糊控制器的所有调节手段.与普通比例积分微分(PID)控制器进行仿真对比分析,结果表明,采用该算法设计的控制器明显提高了反应堆功率控制系统的性能,同时在抗扰动能力方面也优于普通PID控制器.     

熔盐堆功率自抗扰控制方法研究

功率控制系统是反应堆的关键控制系统之一,对保证反应堆安全和稳定运行起着极其重要的作用。设计良好的熔盐堆功率控制器应具有及时的瞬态响应特性,需要简单可靠的控制方法以保证控制器的响应速度和安全性。本文基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)理论设计了应用于熔盐堆(Molten Salt Reactor,MSR)的反应堆功率控制器,导出了用于自抗扰控制器设计的相对功率的二阶线性微分方程和对应的线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)。最终,通过仿真得到的结果表明:该控制器模型适用于熔盐堆功率的控制,具有较快的调节速度和精度,且对测量噪声不敏感,有良好的抗扰效果。     

数字化反应堆功率控制系统

数字化技术对提高反应堆功率控制系统的可靠性、安全性和可维护性以及改善人机界面具有重要意义。文章描述一采用数字化技术设计的研究堆功率控制系统，介绍了功率控制方法、实现的功能、系统的结构、功率调节算法以及设计关键技术。由于采用了标准的数字化控制器，使功率控制系统可方便地集成到统一的控制系统中。     

基于频域法的核电站堆功率调节器的设计

堆功率调节系统是核电站反应堆控制的核心。本文以反应堆为对象,建立堆功率调节系统仿真模型,采用频域法设计核电站堆功率调节器。该方法相对于传统PID控制结构,具有设计步骤清晰、简单,以及更加宽泛的工业控制要求等优点。仿真结果表明,该方法跟踪调节性能好、鲁棒性强,能消除不可测干扰,对反应堆参与电网调峰具有现实意义。     

反应堆功率保成本控制器设计

针对反应堆功率控制系统设计中存在的建模误差以及实际运行过程中参数的不确定性,提出了一种新的功率保成本鲁棒控制器设计方法:运用线性矩阵不等式先求解出最优状态反馈保成本控制器,构造卡尔曼滤波器解决实际问题中状态不可测的问题,采用回路恢复的方法使总系统逼近目标反馈环传递函数.系统仿真结果表明,所设计的控制器实现了对设定功率的精确跟踪,解决了在堆模型不确定性、运行过程中参数不确定性下控制系统可能出现的不稳定和控制精度不够的问题,系统不但具有良好的鲁棒性,而且调节性能较好,满足堆功率调节控制的要求.     

反应堆系统数字化实时仿真的高效实现

根据实验反应堆的物理特性，建立堆芯动态模型，探讨多种实时仿真算法的实现途径。研究提出了进行数字化实时仿真的一种高效实现方法。为配合功率调节系统半实物仿真试验而实现了一座实验反应堆在Windows平台下的实时仿真系统。      

CPR1000核电厂反应堆功率标定系统设计及验证

简要介绍CPR1000核电厂反应堆功率标定系统的运算原理、系统结构、验证过程及结果。采用IAPWS-IF97水和蒸汽物性模型、焓差-热功率原理计算核电厂核蒸汽供应系统热功率与反应堆核功率。该套系统于岭澳核电站3号机组调试启动中成功完成了反应堆功率测量系统、控制系统的实态标定。实际应用表明功率标定系统能够可靠地完成CPR1000核电厂堆芯功率标定。     

Optimal power control system of a research nuclear reactor

The power control system is a key control system for a nuclear reactor, which directly concerns the safe operation of a nuclear reactor. Much attention is paid to the power control system performance of nuclear reactor in engineering. The designers put a high value upon design of an optimal power control system. In this paper, a design method is applied to the design of power control system. According to the optimal control theory, an objective function, quadratic performance index with weight factors is proposed. Then, the objective function is transformed into frequency domain form by use of Paserval's theorem. In frequency domain, an optimal transfer function can be obtained at the lowest value of objective function. The system with optimal transfer function has an optimal performance. The transfer function of the power control system is derived from a typical research nuclear reactor. Using the state feedback theory, the transfer function is synthesized to the optimal transfer function. The simulative results with the optimal controller and with a conventional controller show that the performance of the optimal power control system is largely improved on dynamic characters. The method applied here not only can be used for research nuclear reactor but also can be easily extended to pressurized water reactor power plant and other fields.     

核动力堆热功率跟踪系统的自校正模型算法控制

针对核动力堆控制系统这一带不确定参数及干扰的复杂非线性系统 ,本工作用自校正模型算法控制原理提出了一种动力堆热功率跟踪控制的方法。该方法克服了一般多步模型算法控制律所存在的由于模型估计不准或模型参数大幅度变化引起系统动态特性和控制质量变坏的缺点。通过仿真 ,将本方法与一般多步模型算法控制相比较 ,结果证明了该方法可使系统具有更强的鲁棒性和更好的动态品质。     

固态燃料熔盐堆自适应功率控制器设计及分析

钍基熔盐堆核能系统(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)是中国科学院首批启动实施的战略性先导科技专项,旨在研发第四代反应堆核能系统。固态燃料钍基熔盐实验堆(The Solid Fuel Thorium-based Molten Salt Experimental Reactor,TMSR-SF1)是一个10 MW热功率的氟盐冷却球床堆,目前已经完成方案设计和初步工程设计。功率控制系统是反应堆一个关键控制系统,实现反应堆正常启动、功率运行和正常停堆功能,对保证反应堆安全和稳定运行起着极其重要的作用。根据TMSR-SF1运行控制要求,结合自适应控制理论,基于Lyapunov稳定性理论设计了一种TMSR-SF1模型参考自适应功率控制器。基于TMSR仿真平台,使用MATLAB/Simulink建立了自适应功率控制系统模型,并开展了控制器特性分析。结果表明,自适应功率控制器具备良好的负荷跟随能力,抗干扰能力强、稳定性好、可靠性高,能够满足TMSR-SF1功率控制的要求,确保堆芯的输出功率与功率设定值相匹配。     

5MW THR控制系统的总体设计

本系统为5MW THR 提供核过程的监测、控制和保护,能实现本堆正常工况的稳定运行或变工况的调节以及事故工况下的反应堆保护。本系统由核测量、反应堆保护、反应堆控制、预警、在线计算机和控制室等6个子系统组成,并根据5MW THR 的用途和控制要求进行设计,力求简单和低成本。本系统的设计在某些方面不同于核电站控制系统,并为商用示范堆的设计和建造提供研究手段。     

基于时间常数的核电厂主循环泵惰转模型开发与验证

在核电厂初步设计阶段,针对反应堆进行的工况设计和安全分析均需要泵的惰转模型提供输入。现有泵的惰转模型几乎都需要已知泵的设计参数和管路系统阻力特性,但在电厂初步设计阶段,泵的详细结构设计尚未开展,管路阻力特性也难以获取。针对上述问题,提出了两种基于时间常数的主泵惰转特性曲线计算模型,并采用核电厂主循环泵的惰转试验数据进行了对比验证。分析结果表明,模型A在高转速时与试验值吻合较好,低转速时偏差较大,而模型B在整个惰转过程中与试验值均较接近,可用于核电厂的工况设计和安全分析。     

基于MCNP程序的海洋核动力平台堆芯核设计校核计算研究

海洋核动力平台是小型核反应堆与船舶工程技术的有机结合,具有机动性好、一次性装料运行周期长、功率密度大、运行成本低、节能环保等特点。本文采用蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP),建立海洋核动力平台反应堆堆芯几何模型,计算该反应堆首循环初始装料冷态、常压下的堆芯反应性和控制棒价值,并与核设计计算结果进行对比。结果表明:MCNP程序适用于海洋核动力平台反应堆堆芯核设计校核计算,并可与核设计值互相验证。     

一种低温堆核电站的动态数学模型

针对研发的采用一体化布置、全功率自然循环的低温核反应堆电站,建立了一个可用于大功率运行范围控制系统仿真的动态数学模型.模型采用了六组缓发中子动态方程(考虑了慢化剂温度和燃料温度反应性负反馈)、集中参数的堆芯传热模型以及自然循环流动模型,重点考虑了主回路自然循环对堆芯内冷却剂和燃料棒之间的传热系数、主换热器换热系数、主回路时间常数的影响.仿真结果表明,模型能够正确反映低温堆核电站的主要动态特性,可用于电站控制系统仿真.