高溫氣冷堆核電站的模塊式建模、仿真與參數(shù)化動(dòng)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(guò)模擬、優(yōu)化不同工況下的負(fù)載變化過(guò)程來(lái)控制整個(gè)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(guó)際國(guó)內(nèi)均沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)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(gè)核電站全廠(chǎng)范圍主要系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型并通過(guò)仿真得到驗(yàn)證。本論文進(jìn)一步針對(duì)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(dòng)態(tài)優(yōu)化來(lái)提高變負(fù)荷過(guò)程的效率和性能指標(biāo)。本文的主要成果包含以下三個(gè)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(dòng)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(chǎng)范圍主要系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)驗(yàn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　進(jìn)行了HTR-PM核電站降負(fù)荷工況下的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。由于HTR-PM電站在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)實(shí)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(guò)程中整個(gè)電站的良好

4、運(yùn)行，本文采用單點(diǎn)打靶法，對(duì)優(yōu)化變量采用線(xiàn)性形式的控制變量參數(shù)化，分別以最短降負(fù)荷時(shí)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(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析表明，在一定范圍內(nèi)，通過(guò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化可以減少工況切換時(shí)間，提高系統(tǒng)切換的效率和性能。
　　研究基于線(xiàn)性逼近和動(dòng)態(tài)優(yōu)化逼近的時(shí)間元變換方法，并對(duì)離線(xiàn)開(kāi)環(huán)優(yōu)化進(jìn)行改進(jìn)，提高大規(guī)模動(dòng)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(shí)的效率