核电装置的非线性预测控制策略研究

【摘要】从切尔诺贝利、三里岛的核事故到刚刚经历的日本福岛核电站危机,世界各国对核电站的安全稳定运行的要求日益严格,对其在日常运行过程中的控制提出了很高的要求。作为具有第四代核能系统特征的优选堆型,球床模块式高温气冷堆固有安全特性以及模块化的设计思想,受到了世界各国核电业的关注。清华核能与新能源研究所在已建成并运行的HTR-10实验堆的基础上,设计了世界首创的HTR-PM高温气冷堆示范核电站。HTR-PM采用“两堆带一机”的独特电站结构模式,在核燃料结构、换热介质乃至设备等方面与现有压水堆和沸水堆电站有非常大的区别。由于其本身特性非常复杂、动态过程中具有参数时变特性,现有的PID控制方案难以有效应对。本文以HTR-PM为对象,构建动态仿真与先进控制仿真平台,以实现其动态操作过程中的快速平稳运行为目标,研究其相应的模型预测控制策略。本文的主要研究内容和成果如下：(1)搭建HTR-PM半实物动态仿真与先进控制仿真平台,并利用gPROMS下实现了HTR-PM机理模型的动态模拟。自行开发了gPROMS的OPC通讯模块,实现了仿真平台与第三方先进控制软件的实时通讯和闭环在线仿真。利用仿真平台考察HTR-PM系统在变负荷过程中的非线性特征,并在分析HTR-PM核电站现有PID控制策略的基础上,提出了适用于变负荷过程控制的模型预测控制方案。(2)提出了高温气冷堆的基于操作轨迹LPV模型的模型预测控制策略,解决HTR-PM在变负荷操作过程中的非线性和参数时变特性。根据功率负荷调度变量的操作轨迹,选取若干功率水平上的HTR-PM线性模型,辨识其变负荷操作范围上的操作轨迹LPV模型。而后基于HTR-PM仿真控制平台,分别采用常用的线性模型预测控制策略和基于操作轨迹LPV模型的预测控制策略进行仿真,结果表明操作轨迹LPV模型能准确地描述对象在变负荷过程中的非特性,控制效果优于线性预测控制策略。(3)针对操作轨迹LPV模型辨识方法的模型集确定需依赖经验进行设计的问题,提出了一种基于非线性度量gapmetric准则的精简基准线性模型集划分方法。该方法通过非线性度的计算划分对象的操作空间,确定精简的子空间个数和相应的子空间表征线性模型,形成操作轨迹LPV模型预测控制算法的精简线性模型集。对HTR-PM进行操作空间划分的仿真结果表明能够更好地逼近机理模型,减小模型失配的程度,提升了控制性能。
【作者】沈桦；
【导师】赵均；徐祖华；
【作者基本信息】浙江大学，系统工程，2012，硕士
【关键词】高温气冷核反应堆；模型预测控制；操作轨迹LPV模型；gapmetric；

【参考文献】
[1]祝晓钊.有机光电器件的界面调控与修饰[D].苏州大学,2013.
[2]易华.小说叙事动力研究[D].扬州大学,文艺学,2014,博士.
[3]蒋鹏.一株以亚硝氮为唯一氮源生长的不产氧光合细菌对无机三态氮的去除和相互转化[D].华侨大学,微生物学,2014,硕士.
[4]陈珍.基于MapReduce的海量视频转码系统优化机制[D].华中科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[5]汪楠.人源抗炭疽毒素中和抗体Fab的制备及体外活性分析[D].南京医科大学,病理学与病理生理学,2013,硕士.
[6]林琳.基于.NET的社区户籍档案管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[7]吕生华,孙婷,刘晶晶,马宇娟,邱超超.氧化石墨烯纳米片层对水泥基复合材料的增韧效果及作用机制[J].复合材料学报,2014,03:644-652.
[8]张佳美.TiO_2复合纳米材料的制备及其在电化学酶传感器中的应用[D].河南大学,2014.
[9]曹亮红.政府回应网络民意的良策探究[D].宁波大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[10]吴莉佳.瞬变电磁法检测埋地金属管道腐蚀的ANSYS仿真[D].南昌航空大学,测试计量技术与仪器,2013,硕士.
[11]李平.基于多源异类信息融合的异步电机故障诊断技术研究[D].湖南科技大学,机械工程,2013,硕士.
[12]胡聪.围填海开发活动对海洋资源影响评价方法研究[D].中国海洋大学,港口、海岸及近海工程,2014,博士.
[13]李钰.300MW W型火焰锅炉燃烧改造优化数值模拟[D].华中科技大学,热能工程,2012,硕士.
[14]刘颖,孙初锋.锂离子电池用石墨烯复合材料的制备方法[J].轻工标准与质量,2014,03:71-72.
[15]彭文绪,王应斌,吴奎,彭刚,王德英,毛云新,张涛.盐构造的识别、分类及与油气的关系[J].石油地球物理勘探,2008,06:689-698+609-610+742.
[16]董春敏.均布荷载下高强箍筋混凝土梁抗剪性能研究[D].天津大学,结构工程,2004,硕士.
[17]蔡舒宏.高性能光电振荡器及其研究[D].南京大学,材料学,2013,硕士.
[18]王志恒.SD银行高管薪酬体系再设计[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[19]王正中.混合仿真中系统误差对于采样频率的限制[J].自动化学报,1980,02:94-102.
[20]周俊波,时国松,向学建,董军.北盘江特大桥挂篮施工安全控制[J].山西建筑,2015,18:161-162.
[21]邓事超.中国纸媒深度报道及社会发展图景[D].上海外国语大学,新闻学,2013,硕士.
[22]梁建.家蚕丝腺建模及其仿生应用研究[D].江苏科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[23]王艺.民族区域自治制度运行问题研究[D].内蒙古大学,政治学理论,2014,硕士.
[24]江崃.甲基丙烯酰胺接枝增重真丝纤维的引发体系研究[D].浙江理工大学,纺织化学与染整,2013,硕士.
[25]王晓红.菲律宾蛤仔生态遗传学研究[D].辽宁师范大学,细胞生物学,2003,硕士.
[26]甘卓群.论政府公共危机管理预警的动力机制[D].吉林大学,行政管理,2013,硕士.
[27]李玲.足月妊娠晚期选择性引产安全性的Meta分析[D].福建医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[28]张广西.基于多特征的粒子滤波行人跟踪算法研究[D].大连理工大学,车辆工程,2013,硕士.
[29]侯钰.人脸识别中特征抽取方法的研究[D].扬州大学,控制理论与控制工程,2012,硕士.
[30]华开成.麻崖子不同级别围岩隧道结构受力特性分析与安全性评价[D].长安大学,岩土工程,2014,硕士.
[31]张晓.功能性力量训练对跳投命中率影响的实验研究[D].西安体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[32]袁平.X企业人员招聘问题与对策研究[D].黑龙江大学,工商管理,2013,硕士.
[33]方宇.“刻意”与“随心”[D].云南师范大学,美术（专业学位）,2013,硕士.
[34]张昆.网上商城系统的设计[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[35]胡小英.GaAs/AlGaAs量子阱材料微观结构与器件特性分析研究[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2013,博士.
[36]李帆.移频拉曼激发法抑制荧光干扰关键技术研究[D].厦门大学,机械工程,2014,硕士.
[37]刘言.中美利益群体参与立法的比较研究[D].郑州大学,法学理论,2013,硕士.
[38]张文明.现场呈现系统性能优化方法研究及应用[D].华中科技大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[39]蔡德武.基于亲景度和吸引力的重庆市入境旅游市场分析[D].西南大学,人文地理学,2013,硕士.
[40]胡嘉.医院放射科信息系统研究及其应用[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[41]范接鹏.多目的地地图的简化及布局优化方法研究[D].厦门大学,计算机技术,2014,硕士.
[42]朱双志.面向对象的高分辨率遥感图像分割方法的研究[D].湖南大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[43]左文娟.初中语文名著导读教学考现状及对策研究[D].苏州大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[44]李亚男,何文军,杨为民.新型纳米碳材料的应用新进展[J].化工新型材料,2014,03:179-182.
[45]索鎏敏,胡勇胜,李泓,王兆翔,陈立泉,黄学杰.高比能锂硫二次电池研究进展[J].科学通报,2013,31:3172-3188.
[46]金瑜辉.注射成型制备5CrMnMo基ZrO_2凃层的研究[D].哈尔滨工业大学,材料工程,2014,硕士.
[47]吴祖德.宽带介质谐振器天线分析与研究[D].杭州电子科技大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[48]张云亮.黄河兰州银滩湿地水体分析与评价研究[D].甘肃农业大学,农业水土工程,2013,硕士.
[49]方永兰.高中生物问题情境教学策略与学习迁移能力研究[D].苏州大学,教育（专业学位）,2014,硕士.
[50]史纪.企业逆向物流运作方式研究[D].大连海事大学,物流工程,2012,硕士.