低浓度含氧煤层气净化控制系统设计

低浓度含氧煤层气直接含氧液化精馏制液化天然气(LNG),在充分利用低浓度煤层气的同时又避免了煤矿瓦斯气直接排放造成的大气污染。首先,分析了含氧煤层气制LNG工艺中净化工段的工艺流程,结合工艺要求设计了可靠的控制系统。然后,根据低浓度含氧煤层气净化控制的工艺要求和系统规模,构建了分布式控制系统(DCS)的总体架构。在此基础上进行了硬件系统功能的选型及配置,以及对DCS软件的组态设计。最后,实现了DCS在工程实例中的一体化应用。该系统的应用提高了生产效率和产品质量,为工艺流程的稳定运行提供了安全保障。

工业控制系统网络安全防护体系建设研究

工业控制系统是国家关键基础信息系统,其安全性已提升到国家战略层面。随着工业化与信息化的深度融合,智能制造技术将打破传统的人机物协同边界,工业控制系统将直接面对来自网络的安全威胁。结合工业控制系统遭遇的网络病毒攻击事件,对照《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》的通用要求,对工业控制系统的特性和面临的网络安全威胁进行了研究。提出了构建从通信网络、区域边界到计算环境的多层级、多层次安全防护,对网络监测运营平台和安全管理中心进行系统监控与管理的纵深防护体系。初步建成的工业控制系统网络安全防护体系经过网络安全等级保护测评与实践验证,可有效应对多种新型网络攻击、防止恶意软件的破坏、阻止恶意报文的传输,从而保护工业控制系统的安全运行。同时,工业控制系统遭遇网络病毒攻击后的应对措施及经验,对实战防御研究及防护体系的建设完善具有借鉴和指导意义。

基于模糊判据的接地网腐蚀程度诊断方法研究

电力设备(如杆塔、变压器、配电房等)的接地网严重侵蚀会突发停电、漏电等事故。为了进行电力设备接地网腐蚀情况诊断,提出了一种接地网腐蚀程度诊断方法。基于电磁感应原理,利用CDEGS软件对接地网导体不同腐蚀情况进行了仿真。结合仿真数据、模糊判据方法,明确了不同腐蚀程度下接地网正上方地表磁感应强度分布规律。对不同程度腐蚀时磁感应强度与理想状态(即不存在腐蚀)下的磁感应强度进行了贴近度计算,进而对接地网导体腐蚀程度进行了等级划分。通过对接地网模型施加正弦激励电流,基于电磁感应原理并利用模糊判据对接地网导体故障进行诊断。该方法为接地网缺陷检测提供了理论指导,可应用于实际工程。

风电技术监督数据的采样频率确定方法研究

为降低网络专线的数据传输负荷,以一次调频技术监督指标为具体对象,研究了风电技术监督数据的采样频率确定方法。首先,通过一次调频数据段辨识得到风电场的一次调频过程单机等值动态模型,并估计实发功率的噪声方差。其次,以噪声方差估计值构造输出量测噪声,得到动态模型在典型输入下的输出信号。然后,以输入和输出信号在不同采样频率下的样本序列,得到一组技术监督指标估计值。最后,重复上述步骤,得到多组一次调频技术监督指标估计值,并以估计值变异系数小于给定阈值时的最小采样频率作为技术监督数据的采样频率。所提方法实现了技术监督指标估计值与数据采样频率间的关联。该研究对促进技术监督数据采集工作的发展有重要的意义。

基于PSO-DBN的配电网可靠性分析研究

为解决缺失数据等条件下配电网的可靠性评估问题,针对配电网可靠性评估时存在评估效果差、计算量大、执行效率低等情况,基于粒子群优化-深度信念网络(PSO-DBN)对配电网可靠性进行分析。首先,设计了基于生成对抗网络(GAN)的电力数据增强模型,从而改善电力数据缺失和不平衡等问题。其次,建立了结合深度信念网络(DBN)和粒子群优化(PSO)模型的优化学习网络,从而得到更准确的配电网可靠性分析结果。以IEEE39电力节点系统为基础,对所提模型进行仿真与分析。仿真结果表明,所提模型性能最优。该研究能够为配电网可靠性评估、管理及稳定运行提供借鉴。

基于改进CGWO-SVM算法的建筑能耗预测模型研究

建筑能耗预测能够反映建筑内部各分项能源消耗系统是否存在降耗空间,从而为节能减排工作提供指导。为了提高建筑能耗预测精度,提出了一种基于改进混沌灰狼优化-支持向量机(CGWO-SVM)算法的建筑能耗预测模型。针对传统灰狼优化(GWO)算法过早收敛和易于陷入局部最优解的问题,采用Tent混沌序列初始化种群、控制参数随机动态调整策略来平衡搜索能力。通过Cauchy变异操作降低算法陷入局部最优的概率,提出了改进CGWO。通过仿真测试,证明了CGWO算法在求解精度和稳定性方面优于GWO算法。利用该算法优化支持向量机(SVM),建立CGWO-SVM建筑能耗预测模型。采用实际建筑能耗数据进行测试。测试结果表明,CGWO-SVM算法的预测性能优于其他模型。CGWO-SVM算法可用于建筑能耗预测工作,具有较强的实际应用价值。

福清核电厂5^(#)、6^(#)机组反应堆保护系统的设计

反应堆保护系统是核电厂应对预期运行事件或设计基准事故而设置的重要安全级仪控系统。为满足“华龙一号”三代核电高安全性目标的设计要求,需要对反应堆保护系统的功能性能进行提升。以“华龙一号”示范工程福清核电厂5#、6#机组为研究对象,通过充分考虑保护系统设计准则要求并基于事故分析结论,提出了更具高可靠性和全面保护功能特征的反应堆保护系统设计方案。详细介绍了系统自动保护功能的设计、系统结构设计以及系统健康管理等内容,并对系统拒动率进行了定量分析。分析结果表明,系统总体拒动率不高于5.0×10^(-7)/指令,达到了国际主流三代核电的可靠性水平。该研究成果可为后续核电厂的反应堆保护系统设计或优化提供借鉴。

热管堆动态特性分析与功率控制方法研究

为了实现热管冷却核反应堆系统(简称热管堆)的自动运行控制,对反应堆功率自动控制方法进行研究。以MegaPower热管堆为例,采用集总参数思想进行研究。首先,对热管堆堆芯进行等效处理,并对热管换热器主要参数进行设计、计算。然后,应用点堆模型和热阻网络法建立热管堆系统的动态模型,从而进行反应性扰动和超临界CO_(2)(SCO_(2))流量扰动下热管堆的动态特性仿真与分析。从快速满足负荷需求并保持SCO_(2)布雷顿循环安全、稳定运行的要求出发,以负荷跟踪和保持换热器出口SCO_(2)温度恒定为控制目标,设计了以需求功率计算为核心的控制算法。分别对不同扰动作用下负荷跟踪的控制效果进行了仿真试验。试验结果表明,采用所设计的反应堆功率自动控制算法可以显著改善系统的动态性能。

核设施流出物标准方法体系研究

针对我国的核设施流出物监测管理机制尚不成熟的现状,开展了对核设施流出物标准方法体系的研究。从标准角度出发,分别对比国内标准和美国标准两套体系,介绍了标准体系的结构和管理模式。对国内外流出物监测方法标准体系进行分析,表明我国在流出物的管理、标准方法更新速度、监测种类上存在一定程度的不足。因此,就如何完善我国核设施流出物检测管理工作给出相应建议。

用例功能点软件成本自动计算实践及创新

数字化转型新形势下,我国软件和信息技术服务业市场正在迅速发展。软件业界正不断通过提升软件开发管理水平来提高软件项目的交付质量和效率。然而,作为软件管理中的难点之一的软件规模度量和费用估算智能化问题,一直没有得到科学而有效的解决。鉴于此,创新性地提出了基于软件用例与功能点相结合的自动计算方法,对软件规模度量的过程进行了详细分析。通过需求用例文本计算机语义分析技术及算法,实现对用例功能点的自动识别,并计算出软件的工作量和成本费用。对比结果表明,自动计算得到的工作量占实际记录得到的工作量的80%左右,远小于业界偏差接受范围(30%),有较高的准确度。该计算方法对提升软件成本估算的智能化水平、提高软件规模度量效率具有一定的创新性和较高的应用价值。

基于计算实验的核应急撤离预测平行系统设计

核电厂的核事故及其周边人员的应急撤离预测是一个极其复杂的过程,具有典型复杂系统的特征。为有效开展核电厂周边居民核应急撤离能力及相关技术研究,提出了基于计算实验的核应急撤离预测平行系统设计。通过对核电厂周边居民、社会和交通环境特征分析,设计了基于计算实验的、可以定性定量分析的多情景下的人工系统。构建基于Mixed Logit的核应急撤离预测效用模型,实现对多情景变量系数的标定和优化。通过计算实验模型分析可有效发现影响核应急疏散效用的主要因素,帮助解决核事故下核电厂周边居民应急撤离的复杂需求和状态关系问题,为核电厂应急撤离和预测能力研究提供新的方向。

三代压水反应堆堆芯建模方法研究

核心软件自研是解决我国核电技术“卡脖子”问题的关键途径之一。针对当前堆芯仿真软件多为国外软件的现状,开展三代压水反应堆堆芯建模方法研究。基于“两步法”思想,利用时间和空间离散方法,解决了三维时空中子动力学方程求解难题,自主开发了三维时空中子动力学程序,实现了高精度中子学物理计算。开展单元测试和集成测试。测试结果表明,建立的中子动力学程序具有较好的精准性和计算效率,能够实现仿真装置对核电站各类工况的分析、预测。研究成果可广泛应用于核电站堆芯物理仿真领域。

核电数字化仪控系统外协制造产品的质量管理与实践

通过分析核电数字化仪控系统的功能分级、设备质保分级,识别出组成核级数字化仪控制系统(DCS)关键设备的外协制造产品的采购质保分级要求。结合供应商的ISO9001质量管理体系要求以及应用于核安全级数字化仪控系统的外协制造产品的质量管理要求,给出非持证单位供货核电厂安全级数字化仪控系统设备的质量管控要求,包括文件控制和工艺控制、制造过程控制和质保监查等内容。实现以上总结的质量管理要求的外协制造产品,已在广利核公司项目上成功实践。该研究可为核电领域相关单位的外协产品质量控制提供借鉴和示范。

基于OpenCV的数字仪表字符提取及快速识别研究

为了实现工业仪表的自动化识别检验、降低人力消耗,应用机器视觉和图像处理技术对数字仪表自动读数识别进行研究。对采集的字符图像进行一系列预处理,包括灰度化以及采用双边滤波算法对含有背景的图像进行图像降噪预处理。提出了1种针对数字仪表字符区提取及快速识别的算法。基于透视变换以及轮廓提取函数实现仪表字符区的倾斜校正及快速提取,并对提取的字符进行形态学处理。提出了1种改进的穿线法对未进行字符分割处理的图片进行识别,并针对字符1的特征提出了快速识别方法。该算法省去了字符分割的时间,提高了字符识别效率。试验证明,算法对数码管的识别正确率达到99.3%、单幅图片识别时间为6.95 ms,可有效应用于计量、检验等数显仪表识别场合,提高检验效率。

核取样系统核级隔离阀控制柜的设计

以福清核电5#机组“华龙一号”首堆为背景,阐述了核取样系统取样管线的样品种类及其取样手段。不同的取样管线采用不同的开启和停运方式,并集中在核取样间进行采样。对主要的取样管线隔离阀在核取样间设置隔离阀控制柜。重点对福清5#机组核取样系统核级隔离阀就地控制柜的设计进行了详细的归纳分析,对其选择开关的选型及控制原理进行了阐述。对比了主控室和就地控制两种控制方式。根据“华龙一号”抗震要求,详细说明了核级隔离阀控制柜的抗震问题,提出了解决方案,并顺利通过了抗震试验。核级隔离阀控制对核取样系统至关重要,对现场运行或事故后采样分析诊断具有重要价值。核取样系统核级隔离阀控制柜的设计为核电其他工程设计提供了可借鉴的经验。

基于OPC UA和样本熵的工业入侵检测算法研究

工业4.0时代,工业控制系统面临千变万化的网络入侵攻击。针对以工业协议为主要入侵手段的现状,提出了1种基于对象链接与嵌入的过程控制统一架构(OPC UA)协议结合样本熵的工业控制系统入侵检测算法。首先,对基于OPC UA所有的请求操作和响应操作进行标记。然后,分别计算单位时间内回复信息熵和请求信息熵,形成1个单位时间内的二维向量。最后,将时序连续的二维向量形成1个时间序列,用样本熵算法检测时间序列的异常。其中,采用欧氏距离度量2个二维向量之间的距离。仿真试验结果表明,针对4种原理不同的攻击手段,相较于传统的入侵检测算法差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型和基于白名单规则的检测算法,所提出的检测算法检测率最高。该研究为利用无监督学习算法检测工业入侵的研究提供了新的思路。

移动式防爆总烃检测分析仪设计

针对挥发性有机物(VOCs)检测设备应用场所的防爆、便携等要求,研制了一款结合本安型、隔爆型的复合防爆型式的移动式总烃检测分析仪。分析仪采用电池供电方式。传感器采用火焰离子化检测器(FID)及光电离子化检测器(PID)进行检测,极大地提高了检测精度及检测范围。内置的蓝牙无线模块,可灵活实现与外部设备的通信。通过对比,分析了传统实验室用气相色谱法与所设计分析仪采用的现场检测方法的检测时效性、准确性。分析仪在现场使用时,可以极大地提高VOCs的检测效率。在保证设备满足防爆要求和测量数据准确性的前提下,采用移动式设计使得所设计的分析仪能够应用在更广泛的场所,实现了此类仪表的国产化目标。

远程I/O及总线技术在华龙堆型的设计与应用

目前,华龙堆型已经在国内外全面建成,并在多个厂址开展建设。为了进一步降低建设成本、提高核电厂发电经济性,经过对目前已建造核电厂仪控系统的研究,在工艺控制要求及控制点数不变的前提下,需要设计新的仪控系统架构。首先,在控制系统中引入远程输入/输出(I/O)模块和现场技术。接着,以布置、供电、安全等多个约束条件作为准绳,更改现有架构。最后,通过仪控系统架构的改变来降低电缆敷设及托盘布置需求,并使用总线技术获取到更加丰富的现场周期性与非周期性数据,为后续核电厂改造和智能化工作提供硬件和数据支持。上述架构优化不仅适用于核电领域,对于石油、化工等控制测量设备布置较为分散或电缆敷设空间受限的场景也具有借鉴意义。

辅助给水系统神经网络模型预测控制方案设计

为优化“华龙一号”核电机组辅助给水系统控制性能,对辅助给水控制方案进行了研究,设计了一种基于长短时记忆(LSTM)网络的辅助给水系统神经网络模型预测控制方案。通过仿真验证平台进行数据采集后,利用LSTM神经网络训练出蒸汽发生器液位预测器,以反应控制过程的动态特性。应用模型预测控制方案,根据蒸汽发生器液位估计值实时优化控制变量。验证结果表明,与手动控制/核电厂自动控制方案相比,模型预测控制方案可实现更快、更准确的设定点跟踪功能,同时需要的控制工作量更少,可达到有效减少对系统部件的磨损、延长系统部件使用寿命的作用。此外,所提方案可被应用于其他需要精确和有效控制的复杂工业过程。

压水堆轴向功率重构几何矩阵研究

基于多项式拟合,推导了从堆外核仪表探测器电流信号重构轴向功率算法中的几何矩阵模型。通过数值计算与工程测量数据对适用于CPR1000堆型的几何矩阵模型进行了验证。针对不同数目节功率信号与适用于自给能探测器信号功率重构的几何矩阵模型进行了推导。对4段节功率输入信号的功率重构结果进行了误差分析,并探讨了输入信号数目对拟合精度的影响。研究结果表明:几何矩阵的本质是将有限个节功率输入扩展为全轴向分布的一种映射关系,其包含了节划分、轴向外推距离与功率重构点位置等几何信息;4段节功率重构后功率分布的精度不能满足工程应用要求,应使用自给能探测器信号作为功率重构输入。