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NUSTER-100电功率串级控制方法研究

蒲松茂 黄嘉俊 孙培伟 魏新宇

蒲松茂, 黄嘉俊, 孙培伟, 魏新宇. NUSTER-100电功率串级控制方法研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(4): 154-162. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0154
引用本文: 蒲松茂, 黄嘉俊, 孙培伟, 魏新宇. NUSTER-100电功率串级控制方法研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(4): 154-162. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0154
Pu Songmao, Huang Jiajun, Sun Peiwei, Wei Xinyu. Research on Cascade Control Method of Electric Power of NUSTER-100[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(4): 154-162. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0154
Citation: Pu Songmao, Huang Jiajun, Sun Peiwei, Wei Xinyu. Research on Cascade Control Method of Electric Power of NUSTER-100[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(4): 154-162. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0154

NUSTER-100电功率串级控制方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.04.0154
基金项目: 国家重点研发计划(2019YFB1901100)
详细信息
    作者简介:

    蒲松茂(1997—),男,硕士研究生,研究方向为稳压器和热管冷却反应堆仿真与控制,E-mail: psongm@stu.xjtu.edu.cn

    通讯作者:

    孙培伟,E-mail: sunpeiwei@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Research on Cascade Control Method of Electric Power of NUSTER-100

  • 摘要: 热管冷却反应堆(简称热管堆)采用固态堆设计理念,通过热管非能动方式导出堆芯热量,具有结构简单紧凑、安全性高、噪音低、工作时间长的优势。本文以100 kW静默式热管堆(NUSTER-100)为研究对象,基于MATLAB/Simulink平台搭建了非线性动态模型,根据微扰理论获得了传递函数模型。基于动态特性分析,提出电功率串级控制方法,其中内环为核功率调节,外环为电功率控制。以反应性与核功率、核功率与电功率之间的传递函数为基础,设计了电功率串级控制系统,并采用增益调度解决其非线性问题。采用典型工况进行控制性能仿真验证,仿真结果表明,所设计的串级控制系统满足控制性能要求,可以实现反应堆的安全可靠运行。

     

  • 图  1  热管等效节点图

    Figure  1.  Equivalent Node Diagram of Heat Pipes

    图  2  三段式热电转化装置模块示意图[8]

    Figure  2.  Schematic Diagram of Three-stage Thermoelectric Conversion Unit Module

    图  3  热电转化装置的热阻网络

    Figure  3.  Thermal Resistance Network of Thermoelectric Converter     

    图  4  机理法建立传递函数模型流程图

    Figure  4.  Flow Chart of Transfer Function Model Established by Mechanism Method

    图  5  反应性扰动下核功率响应

    Figure  5.  Nuclear Power Responses to Reactivity Disturbance

    图  6  反应性扰动下电功率响应

    Figure  6.  Electric Power Responses to Reactivity Disturbance

    图  7  热管堆串级控制系统框图

    Figure  7.  Diagram of Heat Pipe Cooled Reactor Cascade Control System

    图  8  内环控制系统Bode图

    Figure  8.  Bode Diagram of Inner Loop Control System

    图  9  外环控制系统Bode图

    Figure  9.  Bode Diagram of Outer Loop Control System

    图  10  控制器权重选择图

    Figure  10.  Controller Weight Selection Diagram

    图  11  电功率阶跃变化的核功率响应

    Figure  11.  Nuclear Power Response to Electric Power Step Change     

    图  12  电功率阶跃变化的电功率响应

    Figure  12.  Electric Power Response to Electric Power Step Change       

    图  13  不同功率水平下小范围负荷跟踪的核功率变化

    Figure  13.  Nuclear Power Variation of Small Range Load Tracking at Different Power Levels

    图  14  不同功率水平下小范围负荷跟踪的电功率变化

    Figure  14.  Electric Power Variation of Small Range Load Tracking at Different Power Levels

    图  15  大范围负荷跟踪的核功率变化

    Figure  15.  Nuclear Power Variation of Large-scale Load Tracking      

    图  16  大范围负荷跟踪的电功率变化

    Figure  16.  Electric Power Variation of Large-scale Load Tracking     

    表  1  NUSTER-100设计参数[8-9]

    Table  1.   NUSTER-100 Design Parameters

    关键参数数值
    堆芯功率/kW1000
    燃料温度/K1493
    热管蒸发段温度/K1085
    热管冷凝段温度/K985
    电功率/kW123
    下载: 导出CSV

    表  2  控制器参数

    Table  2.   Controller Parameters

    功率水平内环控制器外环控制器
    比例增益比例增益积分增益
    100%FP10−41.55.0×10−3
    50%FP2.09.0×10−3
    25%FP2.51.2×10−2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-23
  • 修回日期:  2023-01-13
  • 刊出日期:  2023-08-15

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