高溫氣冷堆核電站的模塊式建模、仿真與參數(shù)化動態(tài)優(yōu)化.pdf

1、模塊式高溫氣冷堆核電站(High Temperature Gas Cooled Reactor Pebble-bed Module，HTR-PM)是一種具有第四代核能系統(tǒng)特征的新型核電站，它基于球床模塊式高溫氣冷堆，并采用“兩堆帶一機(jī)”的電站結(jié)構(gòu)模式，與現(xiàn)有壓水堆或沸水堆核電站差別很大。因此，通過模擬、優(yōu)化不同工況下的負(fù)載變化過程來控制整個電站模型的平穩(wěn)、安全運(yùn)行具有非常重要的意義。目前，高溫氣冷堆技術(shù)及其組成的“兩堆帶一機(jī)”運(yùn)行結(jié)構(gòu)方

2、案，在核電站建設(shè)運(yùn)行中尚屬首例，它的控制及運(yùn)行在國際國內(nèi)均沒有成熟經(jīng)驗可供借鑒。清華核能與新能源技術(shù)研究院前期已建立了整個核電站全廠范圍主要系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型并通過仿真得到驗證。本論文進(jìn)一步針對高溫氣冷堆“兩堆帶一機(jī)”的模塊化特性建立了一種模塊式模型，可以高效、便捷的建模及求解，并討論如何利用動態(tài)優(yōu)化來提高變負(fù)荷過程的效率和性能指標(biāo)。本文的主要成果包含以下三個方面的內(nèi)容:
　　建立了HTR-PM電站的面向方程的模塊化模型。采用模塊

3、化的建模方式建立了HTR-PM包括反應(yīng)堆、控制棒及驅(qū)動機(jī)構(gòu)、蒸汽發(fā)生器、蒸汽聯(lián)箱系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)以及主氦風(fēng)機(jī)和主給水泵等設(shè)備在內(nèi)的核電站全廠范圍主要系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并對模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和動態(tài)驗證，兼顧了精確性和快速性的要求，為下一步的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
　　進(jìn)行了HTR-PM核電站降負(fù)荷工況下的動態(tài)優(yōu)化。由于HTR-PM電站在實際運(yùn)行過程中根據(jù)實際運(yùn)行情況，目標(biāo)功率需要經(jīng)常進(jìn)行切換。為了保障工況切換過程中整個電站的良好

4、運(yùn)行，本文采用單點打靶法，對優(yōu)化變量采用線性形式的控制變量參數(shù)化，分別以最短降負(fù)荷時間和最佳控制品質(zhì)為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。迸一步的仿真實驗和結(jié)果分析表明，在一定范圍內(nèi)，通過動態(tài)優(yōu)化可以減少工況切換時間，提高系統(tǒng)切換的效率和性能。
　　研究基于線性逼近和動態(tài)優(yōu)化逼近的時間元變換方法，并對離線開環(huán)優(yōu)化進(jìn)行改進(jìn)，提高大規(guī)模動態(tài)優(yōu)化的效率和可靠性。由于HTR-PM大規(guī)模、多變量、高耦合的特性，為了提高控制變量參數(shù)化方法在進(jìn)行優(yōu)化求解時的效率