高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于ESO-MPC的核电厂协调系统优化控制研究

郭永飞 张荣彬 姚植元 郎玉凯 赵佳玉

郭永飞, 张荣彬, 姚植元, 郎玉凯, 赵佳玉. 基于ESO-MPC的核电厂协调系统优化控制研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 178-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0178
引用本文: 郭永飞, 张荣彬, 姚植元, 郎玉凯, 赵佳玉. 基于ESO-MPC的核电厂协调系统优化控制研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 178-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0178
Guo Yongfei, Zhang Rongbin, Yao Zhiyuan, Lang Yukai, Zhao Jiayu. Research on Optimization Control of Nuclear Power Plant Coordination System Based on ESO-MPC[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 178-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0178
Citation: Guo Yongfei, Zhang Rongbin, Yao Zhiyuan, Lang Yukai, Zhao Jiayu. Research on Optimization Control of Nuclear Power Plant Coordination System Based on ESO-MPC[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 178-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0178

基于ESO-MPC的核电厂协调系统优化控制研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0178
详细信息
    作者简介:

    郭永飞(1989—),男,工程师,现主要从事核动力装置堆机协调控制方向研究,E-mail: 326451582@qq.com

    通讯作者:

    姚植元,E-mail: 754564998@qq.com

  • 中图分类号: TL361;TM623

Research on Optimization Control of Nuclear Power Plant Coordination System Based on ESO-MPC

  • 摘要: 核岛与常规岛的调节特性具有较大差异,需要协调核岛与常规岛进行同步控制才能取得较好的控制效果,研究协调控制系统的优化控制策略具有重要意义。本文针对核电厂堆机协调控制系统容易出现扰动的现象,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的模型预测控制(MPC)算法。所提出的方法通过使用ESO来精确估计外部干扰,然后将扰动估计值整合到MPC的滚动优化过程中,实现预测模型的自适应校正,从而得出所需的优化控制率。在仿真试验中,本文所提算法与比例积分微分控制和多变量模型预测控制器的效果进行了对比,结果显示,本文所提算法具有较好的表现效果。在机组负荷设定值扰动的场景中,本文所提算法的主蒸汽压力与机组负荷均方误差分别为0.06和0.02,明显优于其他两种算法。本文所提算法能够使得核电机组协调控制系统在存在外部干扰情况下实现精确的控制性能。

     

  • 图  1  压水堆核电机组的主要结构

    Figure  1.  Main Structure of Pressurized Water Reactor Nuclear Power Unit

    图  2  ESO-MPC控制算法主要结构

    Figure  2.  Main Structure of ESO-MPC Control Algorithm

    图  3  工况1的机组负荷仿真结果

    Figure  3.  Simulation Results of Unit Load for Case 1

    图  4  工况1的主蒸汽压力仿真结果

    Figure  4.  Simulation Results of Main Steam Pressure for Case 1

    图  5  工况2的机组负荷仿真结果

    Figure  5.  Simulation Results of Unit Load for Case 2

    图  6  工况2的主蒸汽压力仿真结果

    Figure  6.  Simulation Results of Main Steam Pressure for Case 2

    图  7  工况3的机组负荷仿真结果

    Figure  7.  Simulation Results of Unit Load for Case 3

    图  8  工况3 的主蒸汽压力仿真结果

    Figure  8.  Simulation Results of Main Steam Pressure for Case 3

    表  1  控制效果分析

    Table  1.   Control Effect Analysis

    算法 工况 1 工况 2 工况 3
    MSE(Ne) MSE(ps) MSE(Ne) MSE(ps) MSE(Ne) MSE(ps)
    PID 0.52 21.05 8.61 310.16 1.1×10−4 2.5×10−3
    MPC 1.24 3.35 26.55 305.58 7.5×10−5 6.8×10−4
    ESO-MPC 0.02 0.06 0.07 277.40 1.5×10−8 5.1×10−6
    下载: 导出CSV
  • [1] 杜祥琬,叶奇蓁,徐銤,等. 核能技术方向研究及发展路线图[J]. 中国工程科学,2018, 20(3): 17-24.
    [2] 郑洁,余凡,朱军民,等. 海洋核动力装备国内外发展现况与前景展望[J]. 中国工程科学,2023, 25(3): 62-73.
    [3] 陈智,廖龙涛,张英,等. ACP100S浮动核电站核蒸汽供应系统控制系统分析与仿真研究[J]. 南华大学学报(自然科学版),2018, 32(6): 9-14.
    [4] 刘同先,李庆,王晨琳,等. Mode-C运行与控制模式设计技术研究[J]. 原子能科学技术,2021, 55(1): 121-127. doi: 10.7538/yzk.2020.youxian.0085
    [5] 席原,刘景宾. 单元机组协调控制系统研究进展[J]. 工业仪表与自动化装置,2011(5): 10-16,101. doi: 10.3969/j.issn.1000-0682.2011.05.003
    [6] ELIASI H, MENHAJ M B, DAVILU H. Robust nonlinear model predictive control for nuclear power plants in load following operations with bounded xenon oscillations[J]. Nuclear Engineering and Design, 2011, 241(2): 533-543. doi: 10.1016/j.nucengdes.2010.12.004
    [7] 苏杰. 核动力装置非线性模型预测协调控制仿真研究[J]. 核科学与工程,2011, 31(2): 104-110.
    [8] 张伟,丁宗华,夏国清,等. 协调控制技术在核动力系统中的应用研究[J]. 核科学与工程,2006, 26(4): 337-342. doi: 10.3321/j.issn:0258-0918.2006.04.010
    [9] 成守宇,彭敏俊,刘新凯,等. 基于数字化仪控技术的核动力装置协调控制器的设计[J]. 原子能科学技术,2014, 48(S1): 576-581.
    [10] ZHAO Y X, DU X, XIA G L, et al. A novel coordinated control for integrated pressurized water reactor[J]. Annals of Nuclear Energy, 2015, 85: 1029-1034. doi: 10.1016/j.anucene.2015.07.022
    [11] 钱虹,金蔚霄. 基于多模型动态矩阵预测的冷却剂平均温度控制[J]. 热力发电,2015, 44(11): 98-103,108. doi: 10.3969/j.issn.1002-3364.2015.11.098
    [12] 钱虹,房振鲁,金蔚霄,等. 核电厂反应堆冷却剂平均温度预测控制及仿真研究[J]. 核动力工程,2016, 37(2): 91-96.
    [13] 邓志光,青先国,吴茜,等. ALSTM-GPC在核电厂协调控制系统中的应用[J]. 核动力工程,2021, 42(S2): 41-47.
    [14] 李雅君. 单堆双机核动力装置建模与控制方法研究[D]. 南京: 东南大学,2020.
    [15] 王岱鹏. 动态矩阵控制在核动力系统堆机协调中的应用研究[D]. 保定: 华北电力大学,2022.
    [16] DONG Z, LI B W, HUANG X J, et al. Power-pressure coordinated control of modular high temperature gas-cooled reactors[J]. Energy, 2022, 252: 124042. doi: 10.1016/j.energy.2022.124042
    [17] CUI C C, ZHANG J L, SHEN J. System-level modeling, analysis and coordinated control design for the pressurized water reactor nuclear power system[J]. Energy, 2023, 283: 128472. doi: 10.1016/j.energy.2023.128472
    [18] WANG L N, CHEN C Q, CHEN L K, et al. A coordinated control methodology for small pressurized water reactor with steam dump control system[J]. Energy, 2023, 282: 129008. doi: 10.1016/j.energy.2023.129008
    [19] CASTELLETTI A, FICCHÌ A, COMINOLA A, et al. Model predictive control of water resources systems: a review and research agenda[J]. Annual Reviews in Control, 2023, 55: 442-465. doi: 10.1016/j.arcontrol.2023.03.013
    [20] LI P, TONG X S, JIN W T, et al. Observer based model predictive current control of distorted grid connected single phase rectifier without AC voltage sensor[J]. Control Engineering Practice, 2023, 138: 105589. doi: 10.1016/j.conengprac.2023.105589
    [21] 杨志军,高忠义,王丽君,等. 面向刚柔耦合定位平台的模型预测控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版),2022, 52(12): 2806-2815.
    [22] CHEN C, PAN L, SUN L, et al. Generalized ESO based stable predictive tracking control for micro gas turbine cogeneration system[J]. Journal of the Franklin Institute, 2022, 359(11): 5148-5173. doi: 10.1016/j.jfranklin.2022.05.051
    [23] HUI J W, LEE Y K, YUAN J Q. ESO-based adaptive event-triggered load following control design for a pressurized water reactor with samarium–promethium dynamics[J]. Energy, 2023, 271: 127058. doi: 10.1016/j.energy.2023.127058
  • 加载中
图(8) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  15
  • HTML全文浏览量:  2
  • PDF下载量:  1
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-21
  • 修回日期:  2024-04-12
  • 刊出日期:  2024-12-17

目录

    /

    返回文章
    返回