基于PCA的气冷微型堆堆芯在线监测方法研究

先进微型堆的研发面临仅依靠少量堆外探测器信号实现堆芯在线监测的挑战。本研究提出一种通过主成分分析和堆外探测器空间响应函数进行堆芯功率重构和棒位预测的方法,并在气冷微型堆上初步验证其可行性。研究结果表明,通过核设计程序构建不同工况下堆芯节块功率分布数据库,可以选择少于堆外探测器信号个数的主成分实现堆芯功率分布的降维,且样本恢复精度在2.5%以内;为保证主成分的适用性,应使功率分布数据库包含尽量全面的工况因素;堆外探测器响应函数受其与堆芯节块的相对位置影响显著,轴向探测器响应受前后反射层厚度影响明显,径向探测器响应与全堆燃料组件列均有映射关系;节块级功率重构可基于主成分降维和堆外探测器信号通过最小二乘法实现,重构误差在2.9%以内;轴向芯块级功率重构可基于重构的节块级功率通过多项式拟合实现,最大功率因子拟合误差在0.2%以内;棒位预测可通过构建棒位与功率在主成分上的投影系数之间函数映射模型和非线性最小二乘法拟合实现,棒位预测偏差在0.5 cm以内。该堆芯在线监测方法功率重构、棒位预测精度高,不受堆型和工况限制,可应用在各种先进微堆研发中。

堆芯功率的自耦PID控制策略研究

针对堆芯功率的非线性控制问题,提出了一种自耦PID(SCPID)功率控制方法。该方法将系统内部所有已知或未知复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,进而设计了基于SCPID控制理论的堆芯功率控制系统,并在复频域对闭环控制系统的稳定性进行严格的数学分析和证明。结果表明:与其他方法相比,SCPID控制方法简单高效,在堆芯功率系统控制领域具有实际应用价值。

新型磁心材料电抗器的脉冲焊接控制方法

针对新型逆变焊接电源电抗器的小型化、轻量化的发展需求,以及脉冲焊接时电流爬升和下降缓慢、电弧跟随性差等问题,提出使用一种新型磁心材料的电抗器。该电抗器磁心为NS类铁硅铝磁粉心,采用环形结构,根据不同的焊机类型和焊机规格,可以通过叠加环形磁心的个数或改变绕制圈数来满足焊接需求。采用一个新型材料的电抗器可以替代原来串联的一个开环电抗器和一个闭环电抗器,使电抗器体积和质量减小20%,且实现了电抗器磁心物料的统一。使用新型材料电抗器磁心可以提高脉冲焊接电流爬升和下降的响应速度及电弧跟随性,但会导致脉冲峰值电流的稳定性降低,因此又提出了将峰值电压反馈和电流反馈共同作用于脉冲峰值电流稳定阶段的新型脉冲控制算法,从而保证了脉冲焊接的稳定性。

小型氦氙冷却移动式反应堆堆芯设计优化分析

小型移动式核反应堆电源能为偏远地区、事故应急等场景提供所需的电能和热能,而堆芯的轻量化和小型化是小型移动式核反应堆电源的设计重点。由此,基于前期概念设计,本研究提出了一个高可靠、长寿命的小型氦氙冷却固体核反应堆堆芯设计及其反应性控制方案。首先,在综合考虑反应堆寿命以及热工安全设计等限制条件的基础上,使用蒙特卡罗程序OpenMC进行了堆芯几何优化分析,得到了堆芯质量最小化的设计方案。其次,分析了含可燃毒物的布置优化方案,通过在堆芯靠近反射层附近的燃料棒中添加2%质量分数的可燃毒物Gd2O3,寿期初径向功率峰因子从2.22降低至1.43。最后,基于分层分块滑移反射层的反应性与功率控制方法,提出了反应性线性控制方案,该方案还可以保证事故情况下的反应堆安全。相关结果可为小型移动式核反应堆电源的堆芯设计及反应性控制提供参考。

基于遗传算法比例积分微分控制器的铅冷快堆堆芯功率控制

比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制器对堆芯功率控制过程存在适用性低的问题,而采用遗传算法(genetic algorithm,GA)整定PID控制器参数可以很好地解决此问题。为了实现铅冷快堆堆芯功率的有效控制,基于遗传算法PID控制器,结合堆芯状态空间模型,建立铅冷快堆堆芯功率控制系统,模拟堆芯反应性和堆芯进口温度扰动下系统的响应情况,并与PID控制器的控制结果进行比较。结果表明,外界存在扰动时,引入控制器可使堆芯达到稳定状态,与初始状态偏离较小,且遗传算法PID控制器的控制效果比PID控制器更为显著。

模型预测控制在压水堆堆芯功率控制中的应用

在压水堆核电站中,堆芯功率的自动控制难以实现。将模型预测控制方法应用于压水堆堆芯,以实现堆芯功率的自动控制。堆芯功率自动控制模型的建立是以反应堆堆芯模型和模型预测模型为基础的。反应堆堆芯模型包括中子动力学模型、热工水力学模型和反应性模型,模型预测模型以状态空间形式表述。为评估所设计的基于状态空间的模型预测控制系统的性能,设计了堆芯功率控制仿真实验。模拟结果表明:所设计的控制方法能快速、准确地控制堆芯功率,跟踪负荷变化。

第三代核电堆型AP1000运行特点及堆芯仿真研究

第三核电堆型AP1000有望成为我国未来核电发展的主力堆型。分析AP1000的设计理念及其功率运行特点,结果表明,AP1000机组具有良好的负荷调整特性,能参与电网的调峰运行。在掌握AP1000堆芯反应性物理特点及与中子通量耦合特性的基础上,建立堆芯仿真模型。仿真研究了堆芯内小扰动和堆芯外大扰动情况下,堆芯状态变量和控制变量的相互作用关系。结果表明,状态变量引起的反应性主要应对小扰动后堆芯稳定运行问题,控制变量引起的反应性保证堆芯在大扰动后能按照扰动轨迹运行。

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。

EAST快控电源中空心电抗器的电磁屏蔽计算

针对EAST快控电源系统中空心电抗器运行时产生的磁场对周围电子设备干扰的问题,提出利用金属网屏蔽磁场的理论,通过解析计算得到单层和双层金属网屏蔽时屏蔽系数的表达式。参照现场实物建立多个三维模型,选择不同材料(DT4A,GO,1008steel)的金属网,采用三维有限元和Matlab仿真的方法,获得电抗器周围柜体屏蔽前后磁通密度的分布情况,进而分析了屏蔽系数与网孔数目、激励频率、距离的关系。结果表明,单层金属网屏蔽时,DT4A的屏蔽效果最好;双层金属网屏蔽时,DT4A/GO的屏蔽效果最好。总体而言,双层比单层屏蔽更加有效。对进一步研究空心电抗器的安全运行具有重要意义。

35kV干式空心电抗器下工频磁场抑制

针对35kV干式空心电抗器下磁场较强,对周围电磁环境的影响较为突出的问题,采取了一种施加高电导率屏蔽防护体的方法来有效地减小其周围工频磁场的大小。在建立的分析模型基础上,利用混合有限元的方法,计算和分析了干式空心电抗器在采取屏蔽防护体措施后不同情形下的工频磁场分布情况,并分析了施加某屏蔽体后对电抗器电抗参数和能量损耗的影响。结果表明,所采取的屏蔽防护方法能显著地降低干式空心电抗器下方区域的工频磁场强度,且对电抗参数的影响和屏蔽体的能量损耗都在容许及可接受的范围。

启明星Ⅱ号双堆芯零功率实验装置仪控系统设计

启明星Ⅱ号双堆芯零功率实验装置是重金属冷却反应堆工程化设计及新型核能系统集成研发的综合性实验平台,包含水堆和铅堆两个堆芯。基于该装置的特点设计了启明星Ⅱ号双堆芯零功率实验装置仪控系统,对水堆和铅堆两个堆芯的运行实施监测、控制和保护功能。本文介绍了该仪控系统的组成及功能。

大型反应堆堆芯空间控制技术发展趋势

堆芯作为大型反应堆的核心,容易受到氙诱导的空间振荡效应影响。在堆芯控制策略影响下,通常堆芯的平均功率能够保持恒定,但堆芯功率分布并不一致。特别在极端恶劣情形下,会引发核电站事故。堆芯功率空间控制技术通过对反应堆进行区域划分,建立堆芯节点模型实现状态空间表达;借助奇异摄动方法降阶模型,基于输出/状态反馈架构设计控制系统调节器,最终达到抑制反应堆的空间振荡、精确控制各子区域功率的目标。针对大型反应堆堆芯控制方法的不同区域划分堆芯节点模型和状态空间进行综述,并从反馈形式上对空间控制方法进行分类与分析。对比和总结了系统模型和控制技术,为该领域的进一步研究提供参考。

EAST快控电源中空心电抗器磁热耦合分析（英文）

当脉冲电流通过实验先进超导托卡马克(EAST)快控电源中空心电抗器时会产生磁场,导致输出柜发热。为了解决热问题,在空心电抗器周围安装一层或两层屏蔽体。电流幅值最大为1500A时,求解空心电抗器周围磁场分布以及输出柜的涡流损耗。将涡流损耗作为主要的热源,根据电磁学和热力学理论建立电抗器的三维磁热耦合有限元模型。本文对空心电抗器的温度场进行分析和讨论。结果表明,在屏蔽条件下空心电抗器的磁场和输出柜的温度都会降低。

小型压水堆堆芯功率模糊控制研究

小型压水堆运行环境复杂、运行工况灵活多变,需要更强的抗干扰能力以及更快的负荷跟踪响应速度。为建立适用于全局的堆芯功率控制系统,基于堆芯模糊多模型,设计堆芯功率模糊控制器,建立堆芯功率模糊控制系统,并开展堆芯进口温度阶跃扰动、堆芯功率阶跃变化等工况仿真。结果表明,设计的小型压水堆堆芯功率模糊控制系统适用于堆芯全局范围内的动态响应,能达到较为理想的控制效果。

基于BP神经网络PID的研究堆堆芯功率控制研究

为了实现PID控制器参数的在线调节,利用BP神经网络的自适应能力,对PID参数进行实时整定,设计BP神经网络PID控制器。基于研究堆堆芯传递函数模型,结合堆芯控制系统设计原理,建立研究堆堆芯功率BP神经网络PID控制系统,开展堆芯动态仿真研究。结果表明,与传统PID控制器相比,BP神经网络PID控制器具有超调量小、响应快等特点,控制效果更佳,适用于研究堆堆芯功率控制。

用于核电站堆芯支承板的奥氏体不锈钢Z3CN18-10(控氮)锻件的制造与监督

以某百万千瓦级核电站反应堆压力容器堆内构件堆芯支承板锻件制造和监督为例,分析堆芯支承板锻件制造的重要工序、质量影响因素以及监督重点,旨在摸索出核电站不锈钢大型锻件的质量控制关键所在,使其质量满足设计和核安全的要求,最终达到提高产品质量、保证制造进度的目的。

压水堆核电站功率控制系统对象研究及仿真分析

核电站反应堆功率控制系统是核电站的关键控制系统之一,在开环测试的环境下,控制系统无正确、有效的对象特性反馈,无法验证功率控制系统的设计和功能实现是否正确。基于REMARK堆芯物理程序,建立了某压水堆核电站堆芯物理模型程序,为反应堆功率控制系统的设计和验证提供控制对象。堆芯模型采用三维有限差分网格进行求解计算,两群时间相关的三维扩散方程能够对快中子和热中子注量率行为进行准确模拟。将堆芯物理模型计算的反应性系数,包括硼微分价值参数、慢化剂温度系数、等温温度系数、多普勒功率系数以及功率调节棒组和停堆棒组的反应性价值,与核电厂的堆芯设计参考数据进行对比。通过对比分析发现,模型的计算结果与电厂堆芯的设计参考数据吻合,说明所建立的堆芯模型能够有效反映电厂反应堆的堆芯物理特性。该堆芯模型可与反应堆功率控制系统构成有效的闭环测试环境,为反应堆功率控制系统的设计和验证提供有效手段。

预测控制策略在核电站应用研究进展

核电站具有多个关键的典型非线性控制环节。在核电站“堆跟机”的背景下,反应堆的变功率跟踪成为核电站控制的新要求。作为典型追踪控制策略,预测控制在反应堆堆芯控制研究中得到了广泛关注。从堆芯模型出发,阐述了核电站的堆芯功率、冷却剂温度以及蒸汽发生器水位的预测控制策略,总结了预测控制在核电应用中的最新进展,分析了现有技术的不足,并就未来预测控制在核电站的应用发展方向提出了建议。

AP 1000堆芯余热导出系统的分析与研究

介绍了AP 1000第3代核电堆芯冷却技术的先进性和可靠性,论述了核反应堆堆芯余热产生的机制,对AP1000停堆冷却系统的设计特点、控制策略进行了分析研究,阐明了AP 1000设计的堆芯冷却技术能够满足核安全要求并代表了一种具有前瞻性的设计理念。

液态熔盐堆堆芯功率模糊PID控制

液态熔盐堆采用熔融氟化盐为燃料,燃料熔盐出口温度是衡量熔盐堆安全的重要指标。通过堆芯功率控制可实现燃料熔盐出口温度控制。将液态熔盐堆堆芯划分成内区和外区,并基于能量守恒原理建立堆芯非线性模型,采用微扰理论对非线性模型进行线性化。基于堆芯线性化模型,采用模糊比例-积分-微分(PID)控制器设计堆芯功率控制系统。以熔盐增殖堆(MSBR)为例,开展堆芯功率控制仿真。结果表明,引入10-3、2×10-3阶跃反应性时,模糊PID控制器可以减小系统响应的上冲幅度和超调量,并且在堆芯功率发生了较大的负荷变化时,模糊PID控制器可以对堆芯功率的变化实现良好跟踪。故所采用的模糊PID控制器具有良好的动态性能,可实现对堆芯功率的良好控制。