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小型铅铋冷却快堆堆芯功率控制研究

孙奥迪 孙培伟 魏新宇

孙奥迪, 孙培伟, 魏新宇. 小型铅铋冷却快堆堆芯功率控制研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 155-161. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0155
引用本文: 孙奥迪, 孙培伟, 魏新宇. 小型铅铋冷却快堆堆芯功率控制研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 155-161. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0155
Sun Aodi, Sun Peiwei, Wei Xinyu. Study on Core Power Control of Small Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 155-161. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0155
Citation: Sun Aodi, Sun Peiwei, Wei Xinyu. Study on Core Power Control of Small Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 155-161. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0155

小型铅铋冷却快堆堆芯功率控制研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0155
基金项目: 国家自然科学基金(11875218);中核集团领创科研项目基金(2019120006)
详细信息
    作者简介:

    孙奥迪(1994—),男,博士研究生,主要从事核反应堆动力学、核反应堆建模与控制方面的研究,E-mail: sun1994@stu.xjtu.edu.cn

    通讯作者:

    魏新宇, E-mail: xyuwei@xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL329

Study on Core Power Control of Small Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor

  • 摘要: 铅铋冷却快堆多用于海洋、山区等偏远特殊环境的孤网供电,用户特性要求小型铅铋冷却快堆需具有良好的负荷跟踪能力。本文将3种不同的控制方法应用于铅铋冷却快堆堆芯功率控制,通过引入噪声、死区、时滞等环节对控制器的稳定性和设定值跟踪能力进行了测试。结果表明,比例-积分-微分(PID)控制器很难达到较好的控制效果,因此工业应用时往往加入了其他环节以保证PID控制器的稳定性。自抗扰(ADRC)控制器和H鲁棒控制器都具有良好的抗噪能力,能够独立地完成较好的控制效果,但良好的抗噪能力要牺牲一定的灵敏性。通过对3种控制器的比较分析表明,由于仿真计算对实际对象进行了简化,在这样的条件下所设计的控制器应选择较为保守的参数。

     

  • 图  1  H鲁棒控制器一般结构

    r—参考值;u—控制器输出/被控对象的输入;y—系统输出;e—误差;G(s)—被控对象的传递函数;K(s)—控制器的传递函数;W1(s)—灵敏度加权函数;W2(s) —控制量加权函数;W3(s)—补灵敏度加权函数;z1z2z3—系统的评价信号;s—拉普拉斯算子

    Figure  1.  General Structure of H Robust Controller

    图  2  小型铅铋冷却快堆仿真平台

    模块1—设定值模块;模块2—死区模块;模块3—限幅模块;模块4—时滞模块;模块5—控制器切换模块;模块6—被控对象模块;模块7—测量噪声模块

    Figure  2.  Simulation Platform for Small Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor

    图  3  3种控制器仅在限幅约束下的归一化功率

    Figure  3.  Normalized Power for Three Controllers Only under Limiting Constraints

    图  4  测量信号存在时滞时归一化功率

    Figure  4.  Normalized Power When the Measurement Signal Has a Time Lag

    图  5  测量信号存在噪声时归一化功率

    Figure  5.  Normalized Power When the Measurement Signal is Noisy

    图  6  打开死区模块后归一化功率

    Figure  6.  Normalized Power with Dead Zone Module Turned on

    图  7  第2次整定后归一化功率

    Figure  7.  Normalized Power After the Second Tuning

    图  8  图2中模块全部打开时归一化功率

    Figure  8.  Normalized Power When All Modules in Figure 2 Are Turned On

    图  9  第3次整定后归一化功率

    Figure  9.  Normalized Power After the Third Tuning

    图  10  负荷追踪曲线

    Figure  10.  Load Following Curve

    图  11  不同控制器参数对比

    Figure  11.  Comparison of Different Controller Parameters

    表  1  第1次整定后控制器参数

    Table  1.   Controller Parameters After the First Tuning

    控制器 参数 数值
    PID控制器 比例系数(kp −1000
    微分系数(kd 0
    ADRC控制器 控制量增益(b0 854.6
    ESO带宽(ω0 1300
    kp 5600
    kd 13920
    H鲁棒控制器 W1(s) ${6 \mathord{\left/ {\vphantom {6 {(9s + 0.9)}}} \right. } {(9s + 0.9)}}$
    W2(s) 0.0001
    W3(s) ${{60} \mathord{\left/ {\vphantom {{60} {(80s + 10)}}} \right. } {(80s + 10)}}$
    下载: 导出CSV

    表  2  第2次整定后控制器参数

    Table  2.   Controller Parameters After the Second Tuning

    控制器 参数 数值
    PID控制器 kp −100
    kd 0
    ADRC控制器 b0 854.6
    ω0 300
    kp 5600
    kd 46080
    H鲁棒控制器 W1(s) ${6 \mathord{\left/ {\vphantom {6 {(9s + 0.9)}}} \right. } {(9s + 0.9)}}$
    W2(s) 0.0001
    W3(s) ${{60} \mathord{\left/ {\vphantom {{60} {(80s + 10)}}} \right. } {(80s + 10)}}$
    下载: 导出CSV

    表  3  第3次整定后控制器参数

    Table  3.   Controller Parameters After the Third Tuning

    控制器 参数 数值
    PID控制器 kp −40
    kd 0
    ADRC控制器 b0 854.6
    ω0 300
    kp 5600
    kd 46080
    H鲁棒控制器 W1(s) ${6 \mathord{\left/ {\vphantom {6 {(3s + 0.9)}}} \right. } {(3s + 0.9)}}$
    W2(s) 0.0001
    W3(s) ${{120} \mathord{\left/ {\vphantom {{120} {(40s + 10)}}} \right. } {(40s + 10)}}$
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-30
  • 修回日期:  2021-12-22
  • 刊出日期:  2022-12-14

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