Non-integer Order Control Scheme for Pressurized Water Reactor Core Power

Tracking load changes in a pressurized water reactor(PWR)with the help of an efficient core power control scheme in a nuclear power station is very important.The reason is that it is challenging to maintain a stable core power according to the reference value within an acceptable tolerance for the safety of PWR.To overcome the uncertainties,a non-integer-based fractional order control method is demonstrated to control the core power of PWR.The available dynamic model of the reactor core is used in this analysis.Core power is controlled using a modified state feedback approach with a non-integer integral scheme through two different approximations,CRONE(Commande Robuste d’Ordre Non Entier,meaning Non-integer orderRobust Control)and FOMCON(non-integer order modeling and control).Simulation results are produced using MATLAB■program.Both non-integer results are compared with an integer order PI(Proportional Integral)algorithm to justify the effectiveness of the proposed scheme.Sate-spacemodel Core power control Non-integer control Pressurized water reactor PI controller CRONE FOMCON.

Assessment of Axial Power Peaking Factors in GHARR-1 LEU Core: A Decadal Simulation Analysis

This study aims to thoroughly investigate the axial power peaking factors (PPF) within the low-enriched uranium (LEU) core of the Ghana Research Reactor-1 (GHARR-1). This study uses advanced simulation tools, like the MCNPX code for analysing neutron behavior and the PARET/ANL code for understanding power variations, to get a clearer picture of the reactor’s performance. The analysis covers the initial six years of GHARR-1’s operation and includes projections for its whole 60-year lifespan. We closely observed the patterns of both the highest and average PPFs at 21 axial nodes, with measurements taken every ten years. The findings of this study reveal important patterns in power distribution within the core, which are essential for improving the safety regulations and fuel management techniques of the reactor. We provide a meticulous approach, extensive data, and an analysis of the findings, highlighting the significance of continuous monitoring and analysis for proactive management of nuclear reactors. The findings of this study not only enhance our comprehension of nuclear reactor safety but also carry significant ramifications for sustainable energy progress in Ghana and the wider global context. Nuclear engineering is essential in tackling global concerns, such as the demand for clean and dependable energy sources. Research on optimising nuclear reactors, particularly in terms of safety and efficiency, is crucial for the ongoing advancement and acceptance of nuclear energy.

Investigating core axial power distribution with multiconcentration gadolinium in PWR

Core axial power distribution is an essential topic in pressurized water reactor(PWR)reactivity control.Traditional PWRs limit stability against axial core power oscillations at a high-cycle burnup.Because the‘‘camel’’peak power shape typically occurs with increasing depletion,the approaches used for the axial power control deserve special attention.This study aims to investigate the performance of different gadolinium rod design schemes in core axial power control during power operation based on the reactivity balance strategy,and to propose new multiconcentration gadolinium rod design schemes.In the new design schemes,low-concentration gadolinium pellets are filled in the axial hump part of the gadolinium rod,and high-concentration gadolinium pellets are filled in the other parts.The impact of different gadolinium rod design schemes on the main core characteristics was evaluated using the nuclear design code package PCM developed by CGN.The results show that the new gadolinium rod design significantly impacts the core axial power shape.The new design schemes can efficiently improve the core axial power distribution along the entire cycle by reducing the core axial power peak at the end of a cycle,enhancing the reactor operation stability,and achieving a better core safety margin,revealing a sizeable potential application.

The axisymmetric long-wave interfacial stability of core-annular flow of power-law fluid with surfactant

The long wave stability of core-annular flow of power-law fluids with an axial pressure gradient is investigated at low Reynolds number. The interface between the two fluids is populated with an insoluble surfactant. The analytic solution for the growth rate of perturbation is obtained with long wave approximation. We are mainly concerned with the effects of shear-thinning/thickening property and interfacial surfactant on the flow stability. The results show that the influence of shear-thinning/thickening property accounts to the change of the capillary number. For a clean interface, the shear-thinning property enhances the capillary instability when the interface is close to the pipe wall. The converse is true when the interface is close to the pipe centerline. For shear-thickening fluids, the situation is reversed. When the interface is close to the pipe centerline, the capillary instability can be restrained due to the influence of surfactant. A parameter set can be found under which the flow is linearly stable.

Using Neural Networks for Simulating and Predicting Core-End Temperatures in Electrical Generators: Power Uprate Application

Power uprates pose a threat to electrical generators due to possible parasite effects that can develop potential failure sources with catastrophic consequences in most cases. In that sense, it is important to pay close attention to overheating, which results from excessive system losses and cooling system inefficiency. The end region of a stator is the most sensitive part to overheating. The calculation of magnetic fields, the evaluation of eddy-current losses and the determination of loss-derived temperature increases, are challenging problems requiring the use of simulation methods. The most usual methodology is the finite element method, or linear regression. In order to address this methodology, a calculation method was developed to determine temperature increases in the last stator package. The mathematical model developed was based on an artificial intelligence technique, more specifically neural networks. The model was successfully applied to estimate temperatures associated to 108% power and used to extrapolate temperature values for a power uprate to 113.48%. This last scenario was also useful to test extrapolation accuracy. The method is applied to determine core-end temperature when power is uprated to 117.78%. At that point, the temperature value will be compared to with the values obtained using finite elements method and multivariate regression.

基于磁心与线圈参数优化的非侵入式磁场取能系统功率密度提升方法

非侵入式磁场取能系统具有结构简单、供电稳定等优点,是解决变电站母排环境中状态监测传感器电池供电寿命有限的有效手段,但因功率密度较低制约了其应用。对于非侵入式磁场取能系统,磁心与线圈参数对其功率密度的影响非常显著。然而,现有方法对磁心与线圈参数的分析相对独立,优化磁心时仅以互感为指标,忽略了该过程线圈参数变化对功率密度的影响。对此,该文考虑磁心尺寸对线圈参数的影响,以功率密度为指标,详细分析线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度对系统功率密度的影响。并在此基础上,提出一种优化磁心与线圈参数的功率密度提升方法,即设计线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度的最优值,以获取更高的功率密度。最后,基于所提出的方法制作了系统样机并进行测试。实验结果表明,对于限定磁心尺寸为30 mm×30 mm×40 mm的系统,在100 A母排电流下,系统经磁心与线圈优化后功率密度可达4.18 mW/cm~3,提升至系统优化前功率密度的35倍,验证了所提出方法提升功率密度的有效性。

Effect of New Suggested Ferroresonance Limiter on the Stability Domain of Chaotic Ferroresonance in the Power Transformer with Linear Core Model

This Paper studies the effect of new suggested ferroresonance limiter on controlling ferroresonance oscillations in the power transformer. It is expected that this limiter generally can control the ferroresonance. For studying these phenomena, at first ferroresonance is introduced and a general modeling approach is given. A simple case of ferroresonance in a three phase transformer is used to illustrate these phenomena. Then, effect of new suggested ferroresonance limiter on the onset of chaotic ferroresonance and control of these oscillations in a power transformer including linear core losses is studied. Simulation is done on a three phase power transformer while one of its phases is opened, and effect of varying input voltage on occurring ferroresonance overvoltage is studied. Results show that connecting the ferroresonance limiter to the transformer exhibits a great controlling effect on the ferroresonance overvoltage. Phase plane diagram, FFT analysis along with bifurcation diagrams are also presented. Significant effect on occurring chaotic ferroresonance, the range of parameter values that may lead to overvoltage and magnitude of ferroresonance overvoltage is obtained, showed and tabulated.

双芯移相变压器在主动配电网电压和潮流调控中的应用分析

双芯移相变压器可以有效控制线路电压和潮流,优化潮流分布,提高电网电能质量。针对分布式电源的高比例接入造成的主动配电网电压波动和偏差问题,以及对潮流大小、方向和均衡度的影响,文章研究了双芯移相变压器的拓扑结构和工作原理;然后分析了串联变压器和励磁变压器的具体结构和作用,梳理了移相变压器分别应用于电压调节和潮流控制时的档位控制策略;最后基于MATLAB/Simulink建立了详细的仿真模型,研究了双芯移相变压器的电压调节效果,并对双线路并联、两路电源并联供电、多路电源并联供电三种应用场景下的潮流控制效果作了比较。仿真结果表明,双芯移相变压器可以在有限的档位内将线路电压控制在允许范围;与双线路并联、多路电源并联供电应用场景相比,两路电源并联供电时的潮流均衡效果最好,潮流偏差最小,本研究为双芯移相变压器的广泛应用提供了参考。

我国城乡高中一、二年级学生体质健康测试状况的调查研究

背景目前有关高中生体质健康测试成绩的研究以各省、市内局部地区较为多见,多中心大样本量的全域研究甚少。各类学校在普遍开展线上与线下混合式教学时,势必延长了高中生本已较长的静坐时间。这种趋势是否对高中生的体质健康产生一定的影响,亟待开展全域范围的调查研究。目的调查并分析我国七大地区城乡高中一、二年级学生的体质健康测试成绩水平及相关影响因素,探索出高中一、二年级学生的体质健康水平均衡提升的赋能路径。方法采用分层随机整群抽样方法,于2019年1—3月在我国31个省(直辖市、自治区)七大地区(华东、华南、华北、华中、西北、西南、东北)高中学校按照市区县与乡镇村进行分层抽样,然后随机整群分别选取市区县高中学校和乡镇村高中学校各1所,共62所学校42523名在读的高一、高二年级学生进行调研,同时收集学生的体质健康测试成绩数据(BMI反映身体发育水平,肺活量反映身体功能,坐位体前屈反映躯体柔韧度,引体向上、50 m跑、立定跳远反映上下肢爆发力量水平,1 min仰卧起坐反映躯体核心力量水平,800 m跑、1000 m跑反映心肺耐力水平),并运用非参数检验及多元线性回归分析探讨体质健康测试成绩水平的影响因素。结果42523名高中生的中位年龄为16.0(16.0,17.0)岁;男生20074名(47.2%)、女生22449名(52.8%),市县区21725名(51.1%)、镇乡村20798名(48.9%)。七大地区高中生性别、城乡分布比较,差异有统计学意义(P<0.05)。七大地区高中男生各项体质健康测试成绩比较,差异均有统计学意义(P<0.05);各项体质健康测试成绩前三的地区如下:身高(华北>东北>华中)、体质量(东北>华北>华中)、BMI(华中>东北>华北)、肺活量(东北>华中>华南)、50 m跑(华南>华中>华东)、立定跳远(华南>华北>西北)、坐位体前屈(华南>西南>华中)、引体向上(华南>西南>西北)、1000 m跑(华南>华中>西南)。市县区高中男生的肺活量成绩高于镇乡村,50 m跑、立定跳远、坐位体前屈、引体向上、1000 m跑成绩低于镇乡村(P<0.001)。七大地区高中女生各项体质健康测试成绩比较,差异均有统计学意义(P<0.05);各项体质健康测试成绩前三的地区如下:身高(华北>东北>西北)、体质量(东北>华北>西北)、BMI(东北>华北>西北)、肺活量(东北>华南>华中)、50 m跑(华南>华中>华东)、立定跳远(华南>华北>华中)、坐位体前屈(东北>华中>华南)、1 min仰卧起坐(华北>华中>华东=西南)、800 m跑(东北>华中>华南)。市县区高中女生的身高、体质量、BMI成绩高于镇乡村,肺活量、50 m跑、立定跳远、坐位体前屈、1 min仰卧起坐、800 m跑成绩低于镇乡村(P<0.001)。多元线性回归分析结果显示,男生引体向上成绩与BMI、1000 m跑成绩呈负相关,与50 m跑、立定跳远、坐位体前屈成绩呈正相关(P<0.05),坐位体前屈为最主要的影响因素,1000 m跑次之;1000 m跑成绩与BMI、肺活量、引体向上成绩呈负相关,与50 m跑、立定跳远、坐位体前屈成绩呈正相关(P<0.05),引体向上为最主要的影响因素,坐位体前屈次之。女生1 min仰卧起坐成绩与BMI、肺活量、立定跳远、800 m跑成绩呈正相关,与50 m跑、坐位体前屈成绩呈负相关(P<0.05),BMI为最主要的影响因素,坐位体前屈次之;800 m跑成绩与BMI、50 m跑、坐位体前屈成绩呈负相关,与立定跳远、1 min仰卧起坐成绩呈正相关(P<0.05),坐位体前屈为最主要的影响因素,BMI次之。结论我国市县区高中一、二年级男生的身体发育水平与镇乡村相当,但市县区高中一、二年级女生的身体发育水平高于镇乡村女生。市县区高中一、二年级学生的上下肢爆发力量、躯体核心力量、心肺耐力水平均显著低于镇乡村。除身体发育水平以外,华南地区的高中一、二年级男生的体质健康各项测试成绩水平的优势十分明显。

一种新型空心圆柱型取能磁芯设计

针对现有非侵入式磁芯功率密度低、质量大、结构复杂的特点,设计了一种结构简单、可一体化制作的新型空心圆柱型磁芯,经仿真验证,其功率密度与壳层厚度成类反比例关系。此外,建立了空心圆柱型磁芯的准确功率模型,使磁芯设计不再受限于有限元仿真软件,简化了磁芯的优化难度。进而试验验证表明,在相同条件下,相较传统圆柱型磁芯,空心圆柱型磁芯的质量减小了49%,功率密度提高了82%,具有良好的工程实用价值和应用前景。

长寿期小型棒控压水堆控制棒方案研究

小型棒控压水堆舍弃了可溶硼,并高度依赖控制棒与可燃毒物棒控制堆芯的反应性。为研究控制棒对堆芯关键性能的影响,本文以核动力破冰船用KLT-40模型为对象,以轴向功率偏移、堆芯寿期、燃料利用率与径向功率峰因子为指标,开展长寿期小型棒控压水堆控制棒布置与动作策略设计分析。首先,基于OpenMC程序开发带棒燃耗程序;其次,比较堆芯带控制棒与无控制棒运行时的堆芯寿期等指标;最后,分析不同动作策略对轴向功率偏移等指标的影响。结果表明:控制棒将堆芯寿期从590 EFPDs(等效满功率天,Effective full power days)延长至650~698 EFPDs;低价值棒组优先动作策略使轴向功率偏移程度由−0.69与+0.80分别下降至−0.29与+0.52。因此,要准确计算长寿期压水堆寿期必须采用带控制棒燃耗计算策略,并且通过合理的动作策略能够有效减小控制棒带来的轴向功率偏移。

高压输电线路电磁感应取能电源优化设计

为解决高压输电线路在线监测装置的供电问题,利用Saber软件对CT取能电源进行优化设计。该电源利用线圈由线路获取能量,经过整流、滤波、稳压过程将其转变为可供监测设备使用的电能。其中,通过取能磁芯的选取防止电源易饱和情况;整流电路采用肖特基二极管可有效降低处理过程中的电压损失;滤波电路采用超级电容不仅能够输出波动较小的直流电压,还能够保证瞬时大功率设备的正常工作;降压电路采用闭环控制可得到稳定输出的直流电压。结果表明该CT取能电源在输电线路5~1000 A的电流变化范围内,铁芯不饱和,输出电压波形不发生畸变,电源能以5 V直流电压实现稳定输出,满足监测设备的供电要求。

电力变压器混片铁心的优化设计

电力变压器是电力系统中的关键设备,对整个电力系统中发电和电能传送具有重要作用。变压器铁心的损耗与内部磁通密度的分布息息相关,采用混合叠片结构可以有效减少铁心叠片库存,提高变压器铁心叠片的利用率。本文作者利用ANSYS Maxwell软件对不同类型叠片混合的变压器铁心进行了三维瞬态电磁场模拟仿真,分析了采用不同类型叠片混合时铁心的磁通密度和损耗差异。研究结果显示,当铁心的最内层叠片采用常规晶粒取向电工钢,其余叠片采用高磁导率电工钢时,铁心的损耗最小;随着在高磁导率电工钢铁心主体中加入常规晶粒取向电工钢叠片,铁心损耗的增幅达到了14.9%~49.4%。本文的研究成果可为变压器铁心的优化设计提供一定的依据。

基于遗传算法的三相四芯电缆相电流重构方法

目前多芯电缆电流重构方法受限于电缆规格或传感器阵列与线芯需按特定规则摆放导致其在实际工程应用中较为困难。本文提出基于遗传算法进行三相四芯电力电缆线芯分布相关量的求解,进而得到任意线芯分布半径、任意线芯与传感器阵列角度时磁传感器阵列各单元的输出量与各线芯电流之间的耦合系数矩阵的方法,用于重构四芯电缆中各线芯电流。通过仿真验证了算法的可行性。为了能有效降低由于干扰等因素造成的误差,提出了一种先验求解模型以提高解的质量。随后进行了传感单元阵列电路拓扑的设计,使用设计的原型在搭建的实验平台进行了测试,实验结果表明,在三相平衡情况下,测量的三相电流最大误差为2.42%,最大相位误差为2.77°,在三相不平衡情况下,测量的三相电流最大误差为2.52%,最大相位误差为4.17°。实验结果验证了方法的可行性与有效性。

关键核心技术的异质性研究——基于创新主体、创新动力与创新模式的视角

关键核心技术作为国之重器,具有保障国家安全的战略意义。目前我国学者对于关键核心技术的基本概念仍未形成统一界定。从创新主体、创新动力和创新模式的角度,对关键核心技术的异质性进行系统分析。研究表明:不同视角下的关键核心技术具有不同类型,各创新环节下的关键核心技术具有不同特征,政府、企业、高校和科研院所等三大创新主体的角色定位具有异质性,关键核心技术创新具有“四位一体”的动力体系,各创新主体引领的关键核心技术具有五大创新模式。并总结当前关键性核心技术的研究存在遴选分类不明确、各创新主体角色定位不清晰、动力评估体系不完善等问题。

高低频复合励磁磁心损耗量化的研究

针对高低频复合励磁磁元件磁心损耗难以精确测量和建模的问题,在详细分析现有磁心损耗测量方法和磁心损耗模型局限性的基础上,根据直流功率法测量原理搭建高低频复合励磁磁心损耗测量系统,利用损耗能精确测量的空心电感验证其测量精度。最后,基于直流偏置下脉宽调制(pulse width modulation,PWM)波励磁的磁心损耗模型,提出高低频复合励磁磁性元件的磁心损耗预测模型,并实验验证预测模型最大相对误差为-8.83%,具有较高的精度。

数字化转型给课堂教学带来的变革

习近平总书记在党的二十大报告中对加快建设教育强国做出一系列重要部署,强调“推进教育数字化,建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”。数字化转型可以优化师资力量结构的比例,在课堂的评价环节可以采用线上、线下融合的方式提升课堂效率,激发学生的学习热情。2022年新版义务教育课程标准中提出,充分利用数字化信息技术对教学实施、教学评价和学生学习的支持功能来创设线上、线下一体化的“混合式”学习生态,促进学生的个性化学习和核心素养发展。基于此,从课堂教学、多媒体辅助教学、微课设计、作业评价、教学资源等方面,分析数字化转型给课堂教学带来的变革,以期促进技术更好地服务于教育。

多线程多核服务器功耗模型及性能监控

针对现有服务器的CPU功耗准确性不足和多线程处理功耗负载不平衡问题,本文提出了一种多线程和多核服务器CPU功耗模型。该模型采用前后端分离的整体架构思想,根据服务器功耗模型实时获取CPU的线程数、频率及利用率。通过日志文件进行反馈多线程和多核功耗模型,达到最佳服务器负载平衡。仿真测试的结果表明,改进的服务器功耗模型在CPU利用率方面比传统服务器提高了6%,内存以及I/O通信方面也有明显改善,为多线程和多核服务器提供了一种新的功耗模型思路。

继续教育支撑教育强国建设:历史流变和助力之道

教育强国是国家教育综合实力和赋能经济社会可持续发展与人的全面发展的有效统一。“教育强国”是对“教育救国”“教育建国”“科教兴国”的继承与发展,继续教育在不同历史时期以不同的话语体系与实践样态和国家发展主题紧密联结。时代命题、国家场域、人民需求和教育现代化构成了继续教育支撑教育强国的核心要义,诠释了继续教育发展度、服务度、认可度的丰富内涵。新时代,继续教育持续充分支撑教育强国建设,要健全继续教育国家基本制度,完善发展驱动模式,推进数字化转型,构建继续教育发展共同体。

中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的研制与试验

针对大洋钻探硬岩取心钻具钻进效率低、取心效率低等问题,本文介绍了中国地质科学院勘探技术研究所研制的Ø185 mm规格中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的基本研制情况及陆地试验情况。研制过程中,通过理论计算和Ansys Workbench有限元仿真模拟,对中空式螺杆马达螺旋线型的结构进行了优化设计及动力学分析,并对万向节进行了受力安全分析,优选了材质,钻具攻克了多头小偏移量短节距中空转子和柔性中空万向节等关键技术,通过在陆地开展花岗岩块取心试验,验证了该取心钻具原理样机工作性能的可行性,为该钻具的工程应用提供了工作参数指导及匹配钻头的优选,也可为我国大洋钻探及深地科学钻探提供硬岩取心技术支持。