本文關(guān)鍵詞： 模塊式高溫氣冷堆 模型降階 非線性預(yù)測控制　出處：《浙江大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：新型能源是解決當(dāng)前能源枯竭和環(huán)境污染困境的重要手段,核能是一類發(fā)展成熟且有應(yīng)用前景的新能源。HTR-PM球床模塊式高溫氣冷堆核電站是第四代核電裝置,有本質(zhì)安全性,燃燒效率高。HTR-PM作為強(qiáng)非線性、大滯后對象,耦合程度高,機(jī)理模型復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間長。本文針對HTR-PM機(jī)理模型的降階與控制算法展開了一系列的研究。論文的主要內(nèi)容包括:1.針對線性和非線性O(shè)DEs系統(tǒng),分析了基于平衡截?cái)嗟哪Ｐ徒惦A方法。采用該方法對連續(xù)攪拌反應(yīng)釜CSTRs系統(tǒng)進(jìn)行降階的結(jié)果表明:平衡變換后的全階系統(tǒng)與原始模型間不存在誤差,模型降階前后的動態(tài)特性差異來源于平衡截?cái)�。該動態(tài)特性的差異可以通過改變經(jīng)驗(yàn)格拉姆矩陣的權(quán)重得到改善。2.提出一種針對非線性微分代數(shù)方程(DAEs)的模型降階算法。首先采用系統(tǒng)分解的方法,消去系統(tǒng)中的代數(shù)方程,將微分代數(shù)方程組(DAEs)轉(zhuǎn)化為微分方程組(ODEs);然后采用平衡截?cái)喾▽ξ⒎址匠探MODEs進(jìn)行降階。該方法應(yīng)用于高溫氣冷堆HTR-PM反應(yīng)堆的機(jī)理模型,為了降低符號變量消元后ODEs的變量規(guī)模,提出了一種簡化ODEs的方法。采用該方法進(jìn)行模型降階前后的動態(tài)特性比較,求解時(shí)間降低為原始系統(tǒng)的30%,動態(tài)特性幾乎相同,驗(yàn)證了算法的有效性。3.針對HTR-PM蒸汽發(fā)生器的機(jī)理模型中代數(shù)變量遠(yuǎn)大于微分變量的特征,提出了一種事件矩陣的稀疏度分析方法。先對系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解,將系統(tǒng)分解若干子系統(tǒng),然后對代數(shù)方程進(jìn)行簡化。動態(tài)特性的仿真結(jié)果表明,蒸汽發(fā)生器機(jī)理模型的求解時(shí)間降低為原來的60%。4.建立了基于降階機(jī)理模型的非線性控制算法,對HTR-PM進(jìn)行大范圍變負(fù)荷控制操作。對比本算法與理想NMPC控制器的精度,閉環(huán)情況下兩者幾乎有相同的精度。反應(yīng)堆模型變負(fù)荷時(shí),降階系統(tǒng)比原始系統(tǒng)的平均求解時(shí)間下降為25%,核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)NSSS的平均求解時(shí)間減少為原始系統(tǒng)的56.6%,且數(shù)值穩(wěn)定性更高。最后,總結(jié)全文的主要工作,根據(jù)研究中的不足對未來工作進(jìn)行了展望。
[Abstract]:New energy is an important means to solve the dilemma of energy exhaustion and environmental pollution. Nuclear energy is a kind of new energy. HTR-PM spherical bed modular high temperature gas cooled reactor nuclear power plant is 4th generation nuclear power plant, which has essential safety. High combustion efficiency. HTR-PM is a strong nonlinear, large lag object with high coupling degree and complex mechanism model. The computation time is long. In this paper, a series of research on the order reduction and control algorithm of HTR-PM mechanism model is carried out. The main contents of this paper include: 1. For linear and nonlinear ODEs systems, The model order reduction method based on equilibrium truncation is analyzed. The results of reducing the order of CSTRs system of continuous stirred tank reactor show that there is no error between the whole order system and the original model after equilibrium transformation. The difference of dynamic characteristics before and after model reduction comes from equilibrium truncation, which can be improved by changing the weight of empirical Gramm matrix. 2. A model reduction for nonlinear differential algebraic equation is proposed. First of all, the method of system decomposition is used. The algebraic equations in the system are eliminated and the differential algebraic equations are transformed into differential equations. Then the equilibrium truncation method is used to reduce the order of the differential equations ODEs. The method is applied to the mechanism model of the HTR-PM reactor in HTGR. In order to reduce the variable scale of ODEs after the elimination of symbolic variables, a simplified ODEs method is proposed, which is used to compare the dynamic characteristics before and after model reduction. The solution time is reduced to 30% of the original system, and the dynamic characteristics are almost the same. The validity of the algorithm is verified. 3. In view of the fact that algebraic variables are far larger than differential variables in the mechanism model of HTR-PM steam generator, a sparse degree analysis method of event matrix is proposed. The system is decomposed into several subsystems, and then the algebraic equation is simplified. The simulation results of dynamic characteristics show that the solving time of the steam generator mechanism model is reduced to 60. 4. The nonlinear control algorithm based on the reduced order mechanism model is established. A large range variable load control operation for HTR-PM is carried out. Compared with the precision of the ideal NMPC controller, the accuracy of the proposed algorithm is almost the same in the closed loop case. The average solution time of the reduced order system is reduced to 25% than that of the original system, the average solution time of the nuclear steam supply system NSSS is reduced to 56.6 of the original system, and the numerical stability is higher. Finally, the main work of the paper is summarized. According to the shortcomings of the research, the future work is prospected.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM623

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