【摘要】：發(fā)展快堆,對于推進(jìn)核燃料閉式循環(huán)、促進(jìn)核能可持續(xù)發(fā)展、消除核能對環(huán)境的影響都具有重要意義。快堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于其啟\停堆、升\降功率及維持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,在整個快堆控制系統(tǒng)中起著極其重要的作用,提高其性能有利于快堆的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鈉冷快堆緩發(fā)中子份額小,在同樣的反應(yīng)性擾動下,相比于壓水堆,反應(yīng)堆周期更短,堆功率變化更快,要求控制器具有更快的響應(yīng)速度;堆芯燃料富集度高、能譜硬,造成多普勒效應(yīng)比熱堆小,自平衡能力較弱,對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性要求更高;鈉熱容小,且導(dǎo)熱更好,功率調(diào)節(jié)過程中容易導(dǎo)致堆芯出口溫度波動較大,要求堆功率超調(diào)量較小。為了保證燃料包殼與液鈉之間良好的傳熱和燃料芯塊的完整性,堆芯液鈉進(jìn)出口溫差要保持在一定的范圍內(nèi)。由于反應(yīng)性溫度反饋,堆功率與溫度之間存在復(fù)雜的耦合效應(yīng),功率控制和出口冷卻劑溫度控制需要考慮解耦問題。因此,針對鈉冷快堆功率和鈉溫調(diào)節(jié)研究一種穩(wěn)定性好,響應(yīng)速度快,超調(diào)量小,抗干擾能力強(qiáng)的控制器的設(shè)計(jì)方法,具有一定的理論價值和較高的工程應(yīng)用價值。設(shè)計(jì)合理的線性自抗擾控制(LADRC)器一般具有比傳統(tǒng)PID更好的控制性能、抗擾能力和魯棒性,且具有結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)整定容易的優(yōu)點(diǎn)。針對鈉冷快堆控制更高的性能需求,分別設(shè)計(jì)了堆功率和堆芯冷卻劑出口溫度線性自抗擾控制器。并針對鈉冷快堆的動力學(xué)特性和控制品質(zhì)要求,對LADRC做了有針對性的改進(jìn)和綜合運(yùn)用。首先,根據(jù)鈉冷快堆動力學(xué)模型,優(yōu)化了線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(LESO)設(shè)計(jì),LADRC參數(shù)整定方法�；诳於阎凶觿恿W(xué)模型和堆芯熱傳輸模型分別導(dǎo)出了用于控制器設(shè)計(jì)的相對功率和冷卻劑出口溫度的二階非線性模型;基于導(dǎo)出的模型設(shè)計(jì)了對應(yīng)的加入模型信息的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(LESO);基于所導(dǎo)出的二階模型的時間尺度參數(shù)確定了 LESO帶寬范圍,根據(jù)最大可能偏差和棒速允許范圍確定了比例微分(PD)控制器帶寬范圍,并據(jù)此進(jìn)行了 LADRC參數(shù)整定。然后,針對LADRC自身的局限性,研究了基于LADRC的復(fù)合控制策略。為降低非線性項(xiàng)對LADRC性能的影響,提出了線性自抗擾結(jié)合部分狀態(tài)反饋線性化控制方法;為降低耦合效應(yīng)對LADRC性能的影響,給出了線性自抗擾結(jié)合前饋控制控制方法。并將上述改進(jìn)LADRC和復(fù)合控制策略分別應(yīng)用于堆功率控制和堆芯冷卻劑出口溫度控制。并在模型中加入反應(yīng)性、冷卻劑入口溫度與流量的階躍擾動,以驗(yàn)證系統(tǒng)的抗擾能力。仿真結(jié)果表明,加入模型信息的LESO具有更好的總擾動估計(jì)效果,對應(yīng)的LADRC性能更優(yōu);結(jié)合了反饋線性化與前饋控制單元的LADRC抗擾能力更強(qiáng),控制效果更好。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL433;TG111.4;TP273
【圖文】：

圖２－］邋ＡＢＲ１０００主系統(tǒng)示意圖逡逑ＡＢＲ１０００可使用三元金屬合金（Ｕ－ＴＲＵ－１０Ｚｒ）或混合氧化物⑴０２邋＋邋ＴＲＵ0２）逡逑燃料。圖２－２顯示堆芯徑向結(jié)構(gòu)排布，它包括１８０個燃料組件，１１４個反射組件，逡逑６６個徑向屏蔽，以及１５個主要和４個輔助控制組件。堆芯燃料區(qū)分為內(nèi)層區(qū)和外逡逑層區(qū)，分別由７８和１０２個燃料組件組成。使用兩個獨(dú)立的安全級反應(yīng)性控制系統(tǒng)。逡逑主系統(tǒng)包括第四層中的３個控制組件和第七層中的１２個控制組件，輔助控制系統(tǒng)逡逑包括位于堆芯中心和第四層的４個擰制組件。逡逑６逡逑

２．３點(diǎn)堆動態(tài)方程逡逑熱堆和快堆的反應(yīng)堆動態(tài)方程是相同的。點(diǎn)堆動力學(xué)在快堆中的應(yīng)州比熱堆更逡逑有效，Ｗ為快堆能與中Ｔ更緊密的耦合。緊耦合意味著屮子通量更加接近分離的時逡逑空變量，這是點(diǎn)動力學(xué)近似有效的必要條件。逡逑從屮丫？遷移特性上講，快屮ｆ？反應(yīng)堆更緊湊，更能滿足中子通量密度空間變量和逡逑時Ｎ變量分離的條件。對這樣的小型快中子反應(yīng)堆，無疑更能適用點(diǎn)堆動力學(xué)模型。逡逑控制系統(tǒng)研究所設(shè)及的Ｉ：況均處于臨界附近，因而更適合采用點(diǎn)堆動態(tài)模型�？偣β叔义蟽H由裂變產(chǎn)生，忽略衰變熱，點(diǎn)堆動態(tài)方程如下｜１８｜：逡逑±，邋＝邋ＰｚＡｎｒ＋ｌＣｒ邐（２－１）逡逑ｄｌ邋Ｉ邋／逡逑—＝Ａ？ｒ邋－邋Ａｃｒ邐（２－２）逡逑ｄｌ逡逑ｐ，邋ｑ，Ａ，邋／和卩分別是相對功率，反應(yīng)性，相對先驅(qū)核濃度，衰變常數(shù)，瞬發(fā)逡逑中子壽命和有效緩發(fā)中Ｔ份額。逡逑

圖３－丨相對功率的總擾動變化逡逑２０００－邋－邋－邋＇逡逑

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