BPNN在核电蒸汽发生器液位控制中的应用研究

杨博男; 陆潘; 谢成龙

doi:10.13832/j.jnpe.2024.080033

BPNN在核电蒸汽发生器液位控制中的应用研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080033

杨博男^{1, 2,},
陆潘^{1, 2},
谢成龙^{1, 2}

1.
中核武汉核电运行技术股份有限公司，武汉，430074
2.
中核核工业仿真技术重点实验室，武汉，430074

详细信息

作者简介:
杨博男（1992—），男，工程师，主要从事核电厂仪控系统仿真与设计验证工作，E-mail: yangbn01@cnnp.com.cn

中图分类号: TL353.13
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出版历程
- 收稿日期: 2024-08-13
- 修回日期: 2024-10-24
- 刊出日期: 2025-08-15

Research of BPNN Application in Liquid Level Control of Nuclear Power Plant Steam Generator

Yang Bonan^{1, 2
,},
Lu Pan^{1, 2},
Xie Chenglong^{1, 2}

1.
China Nuclear Power Operation Technology Corporation, Wuhan, 430074, China
2.
China Nuclear Power Key Laboratory of Simulation Technology, Wuhan, 430074, China

摘要

摘要: 蒸汽发生器（SG）液位控制性能的优劣对核电厂的安全、高效和稳定运行至关重要。基于反向传播神经网络（BPNN）比例-积分-微分（PID）控制器的基本结构，结合SG的物理特征，建立了适用于SG液位调节过程的专用的BPNN PID控制器。该BPNN PID控制器具有自匹配、自适应、自整定的特点，能够在核电厂运行过程中，实时根据被控对象运行状态的变化自动计算合适的PID参数，保证控制器始终具备优良的控制性能。该BPNN PID控制器模型经过核电厂全范围模拟机试验，在核电厂满功率运行状态下具有与原控制器相近的控制性能，但在低功率运行状态下相较于原控制器其控制性能得到显著改善。
- 反向传播神经网络（BPNN） /
- 比例-积分-微分（PID）控制器 /
- 蒸汽发生器（SG）液位控制
Abstract: The performance of steam generator (SG) water level control is a critical factor in ensuring the safe, efficient, and stable operation of nuclear power plants. Based on the basic structure of a Backpropagation Neural Network (BPNN) Proportional-Integral-Derivative (PID) controller and incorporating the physical characteristics of the SG, a dedicated BPNN PID controller suitable for SG water level control processes was developed. This PID controller features self-matching, self-adaptive, and self-tuning capabilities, enabling it to automatically calculate appropriate PID parameters in real time based on changes in the operating conditions of the controlled object during nuclear power plant operations. This ensures consistently excellent control performance of the controller. The BPNN PID controller model was subject to full-scope simulator tests for nuclear power plants. While maintaining control performance comparable to the original controller under full-power operation conditions of nuclear power plants, it demonstrated significantly improved control performance under low-power operation conditions.
- Backpropagation neural network (BPNN) /
- Proportional-Integral-Derivative (PID) controller /
- Steam generator (SG) water level control

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图 1 三冲量PID控制器SG液位控制策略原理

Figure 1. Principle of Three-impulse PID SG Liquid Level Controller

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图 2 BPNN基本结构

x₁~x₇—输入变量；ω_i、ω_o—隐藏层、输出层权重矩阵；K_p—比例系数；K_i—积分系数；K_d—微分系数。

Figure 2. Basic Structure of BPNN

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图 3 BPNN PID控制器原理

Figure 3. Principle of BPNN PID Controller

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图 4 100%高功率台阶稳态液位控制

Figure 4. 100% High-power Step Steady-State Level Control

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图 5 25%低功率台阶稳态液位控制

Figure 5. 25% Low-power Step Steady-State Level Control

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图 6 10%极低功率台阶下稳态液位控制

Figure 6. 10% Very Low-power Step Steady-State Level Control

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图 7 100%降功率到75%的SG液位控制

Figure 7. 100% Power Reduction to 75% SG Level Control

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图 8 25%降功率到10%的SG液位控制

Figure 8. 25% Power Reduction to 10% SG Level Control

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图 9 25%降功率到10% SG给水流量变化曲线

Figure 9. 25% Power Reduction to 10% SG Feedwater Flow Change Curve

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参考文献(10)

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