核反应堆功率的模糊预测控制

• 作 者: 吴天昊
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 核反应堆 功率控制 预测控制 T-S模糊模型

核反应堆功率控制系统作为核反应堆系统的重要组成部分,担负着保证反应堆安全性、提高反应堆经济性的双重任务。由于反应堆本质上属于复杂非线性系统,传统控制手段难以完全满足功率控制要求。加之核电机组参与电网调峰的可能性日益增大,堆功率需要随着电网要求频繁、大幅度变化,使得现有功率控制系统面临着巨大挑战。为了提高核电机组负荷跟踪性能,本文将应用模糊预测控制方法设计核反应堆功率控制系统。本文基于T-S模糊模型,将模糊控制理论与预测控制理论中常用的三种方法相结合,针对点堆中子动力学方程,设计了模糊动态矩阵控制器、模糊广义预测控制器以及基于状态方程的模糊预测控制器。并将基于状态方程的模糊预测控制方法推广至包含燃料温度反馈、冷却剂温度反馈以及氙毒反馈的反应堆功率模型。三种控制器基于不同的预测控制理论,在设计过程中利用不同手段将反应堆功率模型进行线性化,针对各线性化模型设计了局部预测控制器,利用并行分布补偿方法,将基于线性化方程的各局部控制器在强非线性的全局范围内统一起来,从而扩大了反应堆功率控制中预测控制器的适用范围。为了验证所设计控制器在各种运行情况下的控制性能,选取了反应堆运行中典型的四种工况:局部控制、全局控制、紧急运行和阶跃运行工况进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的三种控制器都能在保证核反应堆安全的前提下,在全局范围内表现出良好的负荷跟踪能力。即使在面对包含温度反馈以及氙毒反馈的复杂情况时,控制器仍然能够良好的完成负荷跟踪任务,不仅能在短时间内克服由燃料和冷却剂温度变化引入的额外反应性,还能在大时间尺度上克服由于氙浓度变化引入的反应性。