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反应堆控制棒驱动系统电气性能动态参数模型研究

李梦书 唐诗涵 郑杲 何正熙 李庆 付国忠 彭子恒 陈帅君 张芸

李梦书, 唐诗涵, 郑杲, 何正熙, 李庆, 付国忠, 彭子恒, 陈帅君, 张芸. 反应堆控制棒驱动系统电气性能动态参数模型研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 248-254. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0248
引用本文: 李梦书, 唐诗涵, 郑杲, 何正熙, 李庆, 付国忠, 彭子恒, 陈帅君, 张芸. 反应堆控制棒驱动系统电气性能动态参数模型研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 248-254. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0248
Li Mengshu, Tang Shihan, Zheng Gao, He Zhengxi, Li Qing, Fu Guozhong, Peng Ziheng, Chen Shuaijun, Zhang Yun. Research on Dynamic Parameter Model of Electrical Performance of Reactor Control Rod Drive System[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 248-254. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0248
Citation: Li Mengshu, Tang Shihan, Zheng Gao, He Zhengxi, Li Qing, Fu Guozhong, Peng Ziheng, Chen Shuaijun, Zhang Yun. Research on Dynamic Parameter Model of Electrical Performance of Reactor Control Rod Drive System[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 248-254. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0248

反应堆控制棒驱动系统电气性能动态参数模型研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0248
详细信息
    作者简介:

    李梦书(1991—),女,工程师,硕士研究生,现从事反应堆仪表与控制系统研究,E-mail: limengshu1205@foxmail.com

  • 中图分类号: TL362

Research on Dynamic Parameter Model of Electrical Performance of Reactor Control Rod Drive System

  • 摘要: 因缺乏反应系统动态变化过程的电气性能精准参数模型,现有核电厂控制棒驱动系统在不同环境条件下的控制效果不佳。本文建立了系统静态电磁仿真模型,通过状态分类的方式获取了系统全工况下的电气性能参数(电阻、电感)和电磁力离散数据,基于数据建立了控制棒驱动系统动态过程中电流、电磁力、衔铁位移和加速度的动态参数模型及算法。该算法最终通过电磁模型、电路模型与数值仿真相结合的形式进行了验证,可以模拟实际系统的运行状态,具备了仅依靠控制指令和当前时刻电流即可预测下一时刻系统电气性能参数的能力。本文构建的动态参数模型可为制订高效率的智能控制策略奠定基础。

     

  • 图  1  控制棒驱动系统示意图

    V、U、W、N—三相四线制供电电路的输出;S1、S2—功率开关器件;R、C—功率开关器件的寄生电阻和电容

    Figure  1.  Diagram of Control Rod Drive System

    图  2  提升运行时控制电流时序

    Figure  2.  Control Current Sequence during Lifting

    图  3  插入运行时控制插电流时序

    Figure  3.  Control Current Sequence during Insertion

    图  4  CRDM静态电磁仿真模型

    Figure  4.  Static Electromagnetic Simulation Model of CRDM

    图  5  CRDM磁场变化情况

    Figure  5.  Change of CRDM Magnetic Field

    图  6  CRDM保持衔铁电磁力

    Figure  6.  Electromagnetic Force of CRDM Holding Armature

    图  7  CRDM SC电感

    Figure  7.  Inductance of CRDM SC Coil

    图  8  动态参数模型仿真结构图

    PI—比例-积分;L—电感

    Figure  8.  Simulation Structure Diagram of Dynamic Parameter Model

    图  9  LC仿真结果

    Figure  9.  LC Simulation Results

    图  10  电气性能参数结果对比

    Figure  10.  Comparison of Electrical Performance Parameters

    表  1  提升电流时序对应的各阶段状态

    Table  1.   State of Each Stage Corresponding to Lifting Current

    阶段 IL/A IM/A IS/A z1/mm z2/mm z3/mm
    1 0 0 4.7 15.875 8.6 0
    2 0 8 8.0 15.875 0 0
    3 0 8 0 15.875 0 10.2
    4 40 8 0 0 0 10.2
    5 40 8 8.0 0 0 0
    6 16 8 8.0 0 0 0
    7 16 0 8.0 0 8.6 0
    8 0 0 8.0 15.875 8.6 0
    9 0 0 4.7 15.875 8.6 0
      IL—提升线圈电流;IM—移动线圈电流;IS—保持线圈电流;z1—提升磁极和提升衔铁的间隙(提升间隙);z2—提升衔铁和移动衔铁的间隙(移动间隙);z3—保持磁极和保持衔铁的间隙(保持间隙)
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    表  2  插入电流时序对应的各阶段状态

    Table  2.   State of Each Stage Corresponding to Inserting Current

    阶段 IL/A IM/A IS/A z1/mm z2/mm z3/mm
    1 0 0 4.7 15.875 8.6 0
    2 0 0 8.0 15.875 8.6 0
    3 40 0 8.0 0 8.6 0
    4 40 8 8.0 0 0 0
    5 16 8 8.0 0 0 0
    6 16 8 0 0 0 10.2
    7 0 8 0 15.875 0 10.2
    8 0 8 8.0 15.875 0 0
    9 0 0 8.0 15.875 8.6 0
    10 0 0 4.7 15.875 8.6 0
    下载: 导出CSV

    表  3  控制棒驱动系统运行工况

    Table  3.   Operating Conditions of CDRM

    工况编号 IL/A IM/A IS/A z1/mm z2/mm z3/mm
    1_1 40 0 0 15.875→0 8.6 10.2
    1_2 0 8 0 15.875 8.6→0 10.2
    1_3 0 0 8 15.875 8.6 10.2→0
    2_1 40 8 0 15.875→0 0 10.2
    2_2 0 8 8 15.875 8.6→0 0
    2_3 40 8 8 0 0 10.2→0
    2_3_1 16 8 8 0 0 10.2→0
    3_1 40 0 8 15.875→0 8.6 0
    3_2 40 8 8 0 8.6→0 0
    3_2_1 16 8 8 0 8.6→0 0
    3_3 0 8 8 15.875 0 10.2→0
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    表  4  仿真参数

    Table  4.   Simulation Parameters

    参数 数值
    仿真步长/s 2×10−6
    三相交流电压峰值/V 150
    三相交流电压频率/Hz 50
    驱动电路斩波管开关频率/Hz 2000
    下载: 导出CSV
  • [1] 沈小要. 控制棒驱动机构的分段非线性动态特性[J]. 中国工程机械学报,2011, 9(4): 410-415. doi: 10.3969/j.issn.1672-5581.2011.04.006
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    [3] 张知竹,刘志明,李海博,等. 磁力提升型控制棒驱动机构电磁场仿真分析[J]. 机械设计与制造工程,2019, 48(12): 33-37. doi: 10.3969/j.issn.2095-509X.2019.12.008
    [4] 李孟葵. 磁力型控制棒驱动机构电磁仿真与优化设计[D]. 成都: 四川大学,2021.
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-21
  • 修回日期:  2024-06-13
  • 刊出日期:  2024-08-12

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