[發明專利]核電站堆功率調節系統的狀態空間分析方法

有效

• 申請號: 201210520705.7
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103020347A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 朱昊;韋鋼;翟春榮
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種核電站反應堆工程的控制方法，特別涉及一種核電站堆功率調節系統的狀態空間分析方法。

背景技術

近年來，隨著核電在我國能源結構中所占比例的逐年增加,我國核電工業已步入快速發展階段。堆功率調節系統是核電站反應堆控制的核心環節,其對核電站安全經濟運行，參與電網調峰都具有重要意義。在核電站運行過程中，研究堆功率控制系統的主要作用是確保反應堆中子通量密度在設定值上運行，實現反應堆功率自動跟隨負荷變化,并且其超調量、調節時間、穩態誤差等各動態性能指標應滿足運行要求。

核反應堆中子動力學系統嚴格地說是一個帶有諸多不確定干擾因素的分布參數系統，核反應堆控制棒系統分別參見圖1。這些不確定性因素的影響都可能導致堆功率控制系統的控制特性變差。因此，設計的堆功率控制器在保證具有良好的動態響應特性的同時，還必須具有良好的魯棒性，保證系統在非工作點處運行時的穩定性和過渡過程中的動態特性。

目前,大多數核電站所采用的堆功率中子通量密度恒值問題的控制方法,主要是利用近似線性化所得到的傳遞函數模型來設計PID控制器。但是由于模型的精度較差，因而控制的效果也不太理想。另一方面，由于很難得到堆功率中子動力學系統的精確模型，因而也很難采用精確的非線性反饋控制。

發明內容

本發明是針對核反應堆中子動力學系統屬帶有諸多不確定干擾因素的分布參數系統，造成現有核電站堆功率控制方式在維持反應堆中子通量密度在設定值上運行控制效果不理想；控制系統魯棒性較差的問題，提出了一種核電站堆功率調節系統的狀態空間分析方法，能夠有效地抑制了堆功率系統的控制量，且跟蹤調節性能好，魯棒性強，有一定的抗干擾能力。

本發明的技術方案為：一種核電站堆功率調節系統的狀態空間分析方法，包括如下具體步驟：

1）構建核電站堆功率調節系統的數學模型，對系統各部分進行數學建模，構建調節系統的數學模型，建立廣義被控對象數學模型；

2）將廣義被控對象數學模型中廣義傳遞函數方程轉換為狀態空間模型，判斷系統的能控性，配置閉環系統期望極點，構造系統狀態反饋矩陣，狀態反饋是將系統的狀態變量乘以相應的反饋系數，然后反饋到輸入端與參考輸入疊加形成控制變量，作為受控系統的輸入；

3）廣義被控對象數學模型中出現零點，在狀態空間模型的基礎上增加一個PID反饋回路，采用狀態反饋加PID的復合控制結構。

所述步驟1）中堆功率調節系統數學模型，包括功率控制執行機構和系統測量裝置，所述功率控制執行機構依次包括輸出接口、步進電機、減速傳動結構和控制棒，所述系統測量裝置包括反應堆輸出功率測量裝置、步進電機輸出轉速測量裝置,?系統測量裝置實時的檢測反應堆的工作狀態,?并通過回路反饋到控制器，控制器輸出經過隔離放大電路控制步進電機轉速。

所述步驟2）中期望極點通過頻域設計法的根軌跡圖和伯德圖獲取，根據期望極點構造狀態反饋矩陣。如廣義被控對象數學模型為n階系統，最終確定堆功率閉環系統的期望極點為n個，相應的系統反饋矩陣可通過MATLAB控制工具箱中的愛克曼函數acker（）得到。

本發明的有益效果在于：本發明核電站堆功率調節系統的狀態空間分析方法，理論清晰，設計步驟簡單，能夠有效地抑制了堆功率系統的控制量，且跟蹤調節性能好，魯棒性強，有一定的抗干擾能力，在實際工程應用中具有參考價值，且對核電站反應堆參與電網調峰具有十分重要的現實意義。并且此方法具有一般性的意義，適用范圍廣，控制效果理想，并給針對帶有零點的復雜控制對象的控制提供了新的思路。

附圖說明

圖1為模式G下控制棒系統圖；

圖2為本發明堆功率調節系統數學模型圖；

圖3為本發明廣義被控對象數學模型圖；

圖4為本發明狀態反饋控制系統圖；

圖5為本發明堆功率調節系統狀態空間分析結構圖；

圖6為本發明含超前校正的系統根軌跡和伯德圖；

圖7為本發明狀態空間結構輸出響應測試圖；

圖8為本發明狀態空間結構的控制量曲線圖；

圖9為傳統PID控制結構的控制量曲線圖；

圖10為本發明狀態空間結構魯棒性測試圖。

具體實施方式