空间堆线性变参数模型预测控制方法

针对传统PID控制方法在面临复杂负荷需求变化时无法满足空间核反应堆的控制性能需求的问题,提出了基于线性变参数模型的空间堆模型预测控制方法。针对强非线性特性,采用线性变参数模型作为预测模型,对全功率范围内的空间堆运行特性进行预测;针对大时滞的特性,采用串级控制理论结合模型预测方法优化执行机构动作,提升被控量的响应速度。分别设计了电功率和冷却剂温度的预测控制系统,在典型工况下进行控制性能仿真验证,结果表明:相对于串级PID控制系统,所设计的预测控制系统的电功率调节时间减少了68.7%,冷却剂温度调节时间减少了81.7%;电功率和冷却剂温度预测控制系统的核功率的超调量分别减少了22.3%和13.0%,保证了反应堆的安全;控制系统的适用性强,在不同功率水平均具有良好的控制性能;执行机构的动作大幅减少,驱动电机峰值电压下降了84.1%,使用寿命得到延长,系统经济性得到提升。该研究提出的结合串级控制理论基于线性变参数模型的预测控制方法能够用于优化空间堆的控制系统。

基于PCA-SVM的小型自然循环铅冷快堆传感器故障诊断方法研究

离岸式小型自然循环铅冷快堆运行在恶劣环境下,且通常少人值守,在这种情况下,传感器故障可能对系统的安全性产生严重影响。为及时检测和诊断传感器故障,提出了一种结合主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)的方法。所提方法基于数据驱动,不需要系统的详细数学模型或特定状态的先验知识。采用PCA方法,能够有效降低数据维度。使用MATLAB/Simulink中构建的小型铅冷快堆动态模型,产生传感器数据,以训练和建立故障诊断模型,并进行了性能测试,验证了所提出的故障诊断方法的准确性和有效性。

钠水蒸汽发生器的钠温自抗扰控制研究

钠冷快堆是燃料闭式循环的成熟候选堆型,其中钠水蒸汽发生器是连接钠冷快堆二、三回路的重要枢纽,具有复杂的流动和换热特性,需要研究其钠侧出口温度的自动控制技术。文章使用机理建模,建立了钠水蒸汽发生器的动态数学模型,并选用线性自抗扰控制技术,在充分利用模型信息的基础上,设计了钠水蒸汽发生器的自抗扰控制系统。仿真实验表明,所设计的钠温自抗扰控制器具有良好的设定值跟踪和抗扰性能,该研究对钠水蒸汽发生器的运行控制有一定的参考价值。

三代核电先进堆芯中子通量测量系统对比研究

随着压水堆核电从二代、二代加发展到三代核电,堆芯中子通量测量系统对堆芯中子注量率的监测方式也由定期从压力容器底部插入探测器进行测量,改进为从堆芯顶部插入在线监测。文章通过调研国内主要的三代核电机组的先进堆芯中子通量测量系统,对比分析不同堆型系统在结构组成、功能性能等方面的差异,为其优化设计提供借鉴。

基于工程教育专业认证的核反应堆控制课程教学改革——以西安交通大学为例

工程教育专业认证的理念主张注重对学生能力的培养和实际问题的解决,关注产出和持续改进,基于该理念,文章探讨了核反应堆控制课程的教学改革。这个改革以西安交通大学为例,对课程的培养目标和现状进行分析,梳理目前存在的主要问题,开展案例教学和项目讨论相结合的改革实践,强化以学生为中心的理念,注重开展启发式讨论,强调虚拟仿真技术在核反应堆控制课程教学中的作用,在教学实践中践行工程教育专业认证的理念。

指导本科生《外科学》学习方法的探索

本科《外科学》教学是多阶段、多维度的教学过程,包括理论教学、临床示教课程、手术学课程以及临床实习。在不同阶段,按不同维度,如何将本科阶段《外科学》教学效果提升到最佳水平一直是医学教育不断探索的课题。传授知识是教学的根基,培养良好的学习方法才能帮助学生持续发展进步。本教学组教师根据多年的临床教学实践,就深圳大学临床医学专业教学中如何更好开展本科生《外科学》的教学工作,提出了适应现阶段本科生的学习方法和手段,使学生更好掌握《外科学》理论及实践知识,培养预习-听课-复习-实践-总结拓展-科研延伸的良好的学习方法,循序渐进的培养学生自主学习的习惯,并将之运用于今后的终身学习中,同时也为提高临床医学专业本科生的教学质量提供依据。

热电联产压水堆核电机组解耦控制

为了在运核电站进行热电联产改造时,保证原有系统和供热系统之间的协调稳定控制,本文针对某压水堆核电机组热电联产改造后的解耦控制进行研究。采用主蒸汽抽汽的方案搭建对象模型,通过辨识方法得到各子系统传递函数。利用相对增益矩阵方法进行各子系统间的耦合性分析,采用单位阵解耦法设计解耦器,并基于Matlab/Simulink仿真平台进行验证。结果表明:设计的解耦控制器对热电联产改造后的系统可以取得较好的解耦效果,实现了一回路系统、二回路系统和供热系统的协调稳定控制。本文对其他类型核电机组热电联产后协调稳定控制系统的设计具有参考价值。

钠冷快堆多模块蒸汽发生器大泄漏钠水反应事故保护系统关键参数敏感性分析

钠冷快堆采用钠-钠-水三回路设计,当发生传热管破裂后,引起的大泄漏钠水反应事故将威胁二回路的完整性和安全性,设置的保护系统要能够有效保证二回路的完整性。本文以钠冷快堆二回路和多模块蒸汽发生器保护系统为研究对象,建立了大泄漏钠水反应模型,利用钠水反应实验结果对模型进行了验证。模拟了3根传热管发生双端断裂(3-Double-Ended Guillotine,3-DEG)的大泄漏钠水反应过程,分析了二回路的完整性和保护系统的响应。选取保护系统5种关键参数进行敏感性分析,计算其对二回路最高压力和保护系统的影响,结果表明:较小的液相爆破片爆破压力和爆破片爆破延迟时间、较短的泄放管长度以及液相爆破片放置在下腔室,将更有利于保护系统响应和二回路的完整性。

基于三维变分算法的蒸汽发生器模型同化方法研究

蒸汽发生器在实际运行过程中系统参数会发生改变。为保证蒸汽发生器模型能够真实反映蒸汽发生器的实际状态,以蒸汽发生器水位、蒸汽压力、一次侧冷却剂出口温度以及循环流量等观测变量,进行基于三维变分算法的蒸汽发生器模型同化多种蒸汽发生器观测数据的方法研究。对蒸汽发生器仿真模型进行不确定性分析以确定参数调整范围,基于SOBOL算法的敏感性分析结果选择待优化参数组合,拟合关键参数与观测变量之间的函数关系式作为观测数据与模型的耦合方式,最后利用优化算法求解获得了最优参数组合,实现了蒸汽发生器模型的数据同化。通过模型计算值与观测数据对比,结果表明该方法可使蒸汽发生器的仿真精度明显提高,证明了本文方法的正确性。

热离子空间堆控制系统研究

空间堆与传统地面反应堆的运行特性和控制方式不同,研究空间堆的控制系统十分必要。基于Matlab&Simulink工具箱,建立了热离子空间堆仿真模型。建立的模型包括点堆中子动力学模型、热工水力模型和热电转换模型。基于热离子空间堆仿真模型,建立了核功率、电功率以及冷却剂出口温度控制系统,并进行了控制参数整定和仿真分析。对电功率和冷却剂出口温度控制系统进行了优化,设计了串级控制系统。仿真结果表明:选用核功率作为被控量的控制系统控制效果较好;选用电功率和冷却剂出口温度作为被控量的控制系统控制效果较差;核功率的超调量较大。使用串级控制器优化后,控制性能得到了显著的提升。

热电联产压水堆核电机组的控制方案研究

核能热电联产是实现“双碳”目标的重要方法。核能热电联产改造后,供需侧能量平衡关系发生了变化,需要针对热电联产改造后压水堆核电机组开展堆机协调控制方案的研究。首先,以大亚湾900 MW核电机组为研究对象,基于最佳估算程序RELAP5和仿真平台3KeyMaster建立了热电联产模型。热电联产形式包括主蒸汽集管抽汽、中间抽汽和背压机排汽。接着,以主蒸汽集管抽汽为例,通过典型扰动的动态特性分析并验证了所建立的模型。然后,提出了将总蒸汽流量折算为等效负荷的方法,对反应堆功率控制中冷却剂平均温度控制系统进行改造。最后,对设计的控制系统改造方案进行了验证。验证结果表明,该方案能够满足反应堆核功率、电功率和供能热负荷协调控制的要求。所设计的控制改造方案为热电联产压水堆核电机组的反应堆功率控制提供了参考。

双源距密度测井的蒙特卡罗数值模拟

利用蒙特卡罗方法对双源距密度测井进行数值模拟,获得了双源距密度测井的能谱、探测器计数率与地层密度的关系和脊肋图等特性曲线。与实验结果进行比对,验证了数值模拟的正确性,并在此基础上,就短源距和短源距准直孔角度等测井仪器结构参数的改变对测井性能的影响进行了研究。研究表明,短源距为18～20cm、短源距准直孔角度为45°时,可满足测井灵敏度和密度补偿准确度的要求。

双探测器密度测井仪器结构参数对测井性能的影响

对双探测器密度测井仪器,应用蒙特卡罗数值模拟方法研究短源距和短源距探测器准直孔角度变化对测井性能的影响。模拟计算结果表明,短源距对探测器计数和密度的补偿有影响,短源距过大,探测器计数统计涨落过大,短源距过小,不利于密度的补偿,因而短源距的选择要综合考虑这两方面的影响;短源距探测器准直孔角度对密度补偿的影响不大,但可以影响计数率。这些结果可为密度测井仪的设计以及优化提供参考。

AP1000非能动堆芯冷却系统测试实验及评估

反应堆堆芯冷却系统是核电厂安全分析的重要内容,新设计的电厂必须通过实验验证其事故工况下保持堆芯覆盖和导出热量的可靠性。本文详细介绍了APl000核电厂非能动堆芯冷却系统的测试实验和美国核管会(NRC)的评估结果。

基于压水堆仿真机的核电厂控制系统设计平台的开发与验证

为了满足核动力控制与仿真工作的要求,提出了一种仿真机3KEYMASTER与MATLAB/Simulink通过共享内存区实现数据实时交互的方法。该方法通过3KEYMASTER的内核系统程序RELAP5进行热工水力计算,在3KEYMASTER的TASK程序中编写创建共享内存区的程序代码,在Simulink的S函数中编写使用共享内存区的程序代码,利用Windows消息机制保证数据交互的同步性,并实现了Simulink与3KEYMASTER同时执行、暂停、恢复以及保存数据功能。采用直流蒸汽发生器压力控制系统模型对接口程序数据交互结果进行验证,用3KEYMASTER和Simulink实现具有相同功能的控制与仿真系统,通过比较二者结果表明符合较好。

加拿大超临界水冷堆的多变量鲁棒控制研究

为了处理加拿大超临界水冷堆的蒸汽温度、反应堆功率和主蒸汽压力之间的强耦合性,特别是蒸汽温度对反应堆功率扰动具有极高敏感性的问题,以及控制系统设计过程中所引入不确定性因素,对系统模型进行不确定性分析并得到3种不确定性量,然后在此基础上采用μ综合方法得到多变量鲁棒控制器。通过前馈系统的扰动补偿特征和对开环系统的增益调整方法分析得到系统的前馈控制部分,进一步提高系统的性能响应。通过和传统控制器的仿真对比表明:所设计的多变量鲁棒控制器能在系统不确定性条件下实现对系统的稳定控制,控制性能满足设计要求。

钠冷快堆多模块蒸汽发生器的给水控制方法研究

模块化直流式蒸汽发生器是钠冷快堆的关键部件,位于二、三回路之间,对钠冷快堆的安全运行具有重要意义。在钠冷快堆设计中,布置了多组并联的蒸汽发生器,在相互并联的工质通道间,又存在着相变,可能会导致模块之间的相互干扰。因此,有必要为多模块蒸汽发生器设计合适的给水控制系统。建立了单个直流式蒸汽发生器的动态模型。基于守恒方程,利用可移动边界法建立蒸发器模型,使用固定边界的过热器模型,并基于动量守恒建立多模块蒸汽发生器的并联通道模型。建立了与给水系统相关的给水泵、调节阀和管道模型。根据对象特性和控制需求,设计了基于前馈反馈混合控制的环路给水控制系统,以及用于协调各支路平衡的支路给水调节系统。针对快堆实际运行中多种典型的对称和非对称工况进行闭环仿真试验,使钠温度能维持在设定范围内,证明了所设计的给水控制系统满足系统控制要求。该研究为多模块化钠冷快堆的工程实现提供了参考。

可控中子源密度测井仪的密度响应特性与算法研究

在可控中子源密度测井中,脉冲中子源的中子产额存在波动,采用探测器绝对计数的密度算法受地层环境、测量条件的影响较大,因此会导致密度算法的精度较差。为提高密度测量的稳定性和精确性,本文针对可控中子源一体化测井仪的研发需要,建立了适合所研发仪器的密度算法:首先,结合蒙特卡罗数值模拟软件MCNP对新型一体化测井仪及地层进行了建模;然后,利用所建模型,模拟了在不同岩性、孔隙度条件下可控中子源发射的快中子与地层物质的相互作用过程,并通过记录γ探测器的近、远非弹性散射γ计数和俘获γ计数,中子探测器的近热中子及近超热中子计数信息,获得了一体化测井仪探测器计数与地层密度之间的响应关系,并对影响密度算法的主要因素进行了分析;最后,在密度响应特性分析的基础上,提出了使用近超热中子与近热中子计数比、近远非弹γ计数比来提高稳定性和精确性的可控中子源密度测井新算法。采用新密度算法对所建模型进行计算,结果表明,砂岩、灰岩、白云岩3种岩性下计算的密度与真密度非常接近,其相对误差小于6%。与哈里伯顿和斯伦贝谢算法的计算结果相比,本文方法显示了更好的效果:公式参数少、没有探测器的绝对计数、精确度高。

基于深度学习的核电站事故预测及故障诊断方法

一种基于深度学习方法的长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)模型被用来预测核电站异常工况,以有效解决核电安全系统中工况参数预测的问题。该模型利用LSTM对于长时间序列数据处理的优势,关注异常工况中核心参数的预测。根据异常工况的预测需要,LSTM模型预测功能的训练通过历史运行数据集和滚动更新方法(Rolling Update,RU)完成,并且通过测试数据集进行了实验验证。实验结果表明,此模型能够在事故工况下有效地预测核心参数变化趋势,损失值可低至3.7×10^-6。同时在小型失水事故(LOCA)的模拟工况预测中,LSTM模型能够对存在差异的同一类事故做出准确的工况走势预测,展现了其对于同类型事故工况的良好适应性。与传统数理统计方法和传统RNN方法的对比结果证明,基于LSTM的深度学习方法能够有效提升异常工况预测的准确度和时效性。

基于PCA-RBF神经网络的小型压水堆故障诊断方法研究

小型反应堆具有结构紧凑和多用途的特点,受到了国际社会越来越多的关注。传统的基于信号阈值的故障诊断方法越来越无法满足精确性和高效性的要求。本文利用RELAP5软件模拟了小型压水堆不同功率水平下的反应堆稳态,蒸汽发生器传热管破裂事故(SGTR)以及冷却剂丧失事故(LOCA),生成了故障诊断所需的样本集。建立了基于PCA-RBF神经网络的故障诊断模型,对不同故障类型、位置和故障程度进行了准确的诊断。最终通过和BP神经网络对比,验证了本文所建立的基于PCA-RBF神经网络的故障诊断模型具有更快的训练速度和诊断精度。