压水堆供热改造后解耦控制方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种压水堆供热改造后解耦控制方法、系统、设备及存储介质，包括一回路系统、二回路系统以及供热系统连接的解耦控制系统。首先采用主蒸汽抽汽的供热方案搭建供热改造对象模型，并通过辨识方法得到系统传递函数；然后利用相对增益矩阵(RGA)方法进行耦合性分析；最后使用单位阵解耦法设计解耦器，并基于MATLAB/Simulink仿真平台进行验证。结果表明，本发明专利技术设计的解耦控制器对供热改造后的系统可以取得较好的解耦效果，实现了一回路系统、二回路系统和供热系统的协调稳定控制。解耦控制的研究对核电站供热改造后的控制系统设计具有参考价值。设计具有参考价值。设计具有参考价值。

【技术实现步骤摘要】
压水堆供热改造后解耦控制方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于压水堆供热改造后控制
，涉及一种压水堆供热改造后解耦控制方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]作为清洁高效的能源，核能在实现双碳目标中有着不可替代的作用，而核能综合利用更是推进能源改革的重要组成部分。世界核能供热研究始于20世纪50年代。
[0003]目前，针对电厂的供热改造，一般采用背压机和打孔抽汽。而经过改造后，由于新增供热系统与核电站自身一二回路间的连接，三个系统间产生了一定的耦合关系，对系统间的协调稳定控制以及各自控制系统的调节都产生了影响。海阳核能供热一期工程第一阶段采用主蒸汽管道抽汽，由于供热负荷不大，所以抽汽量小，对机组的发电功率和核岛一回路影响也很小；其第二阶段供热采用高压缸排汽的方案，针对控制问题，采用了更换控制系统中第一级级前压力与负荷关系曲线的方法。针对主蒸汽管道抽汽的方案，当供热负荷逐渐增加后，系统间耦合性变强，需要对供热改造后的核电站进行解耦控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决三个回路间协调控制的问题，提供一种压水堆供热改造后解耦控制方法、系统、设备及存储介质。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]压水堆供热改造后解耦控制方法，包括以下步骤：
[0007]建立压水堆供热改造对象模型，得到系统传递函数矩阵；
[0008]对系统传递函数矩阵进行控制变量与被控变量间的耦合性分析；r/>[0009]根据耦合性分析得到系统耦合特性，针对系统耦合特性设计解耦控制器，利用解耦控制器对压水堆核电站进行解耦控制。
[0010]本专利技术方法进一步的改进在于：
[0011]所述建立压水堆供热改造对象模型，包括：
[0012]通过反应性、主调阀开度和供热调阀开度的阶跃扰动获得系统动态特性，通过MATLAB传递函数辨识工具箱对仿真平台上的一回路系统、二回路系统以及供热系统模型进行辨识，得到3
×
3的系统传递函数矩阵。
[0013]所述对系统传递函数矩阵进行控制变量与被控变量间的耦合性分析，包括：
[0014]所述耦合性分析方法采用相对增益矩阵法；以相对增益RG为元素的矩阵构成相对增益矩阵RGA；所述相对增益矩阵RGA中每行或每列的总和均为1；
[0015]对增益矩阵RGA进行分析，分析依据为：对于多变量系统，当相对增益RG接近于1，不需要进行解耦措施；当相对增益RG小于或接近于0时，该输入对该输出没有影响；当相对增益RG在0.3到0.7范围内或大于1.5时，则表明系统存在耦合。
[0016]所述针对系统耦合特性设计解耦控制器，包括：
[0017]采用单位阵解耦法设计解耦控制器，传递函数矩阵为：
[0018][0019]其中，D
11
(s)、D
21
(s)、D
31
(s)、D
12
(s)、D
22
(s)、D
32
(s)、D
13
(s)、D
23
(s)和D
33
(s)为解耦器；G
11
(s)、G
21
(s)、G
31
(s)、G
12
(s)、G
22
(s)、G
32
(s)、G
13
(s)、G
23
(s)和G
33
(s)为耦合系统传递函数；G
c1
(s)、G
c2
(s)和G
c3
(s)为控制器。
[0020]解耦矩阵为：
[0021][0022]被控对象特性矩阵与解耦环节矩阵的乘积等于单位阵，如式(1)所示：
[0023][0024]根据终值定理设计静态解耦补偿器：
[0025][0026]代入式(1)：
[0027]G(0)D(0)＝I (3)
[0028]当G(0)可逆时，有：
[0029]D(0)＝G
‑1(0) (4)
[0030]采用该系统传递函数模型在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真框图，分别在60s时将反应性ρ阶跃+0.1dollar，主调阀开度CV1阶跃+0.1，供热调阀开度CV2阶跃+0.1，对解耦器进行开环测试；
[0031]在解耦器前分别加入一回路系统、二回路系统以及供热系统的PI调节器。
[0032]压水堆供热改造后解耦控制系统，包括：
[0033]模型建立模块，用于建立压水堆供热改造对象模型，得到系统传递函数矩阵；
[0034]分析模块，用于对系统传递函数矩阵进行控制变量与被控变量间的耦合性分析；
[0035]解耦控制模块，用于根据耦合性分析得到系统耦合特性，针对系统耦合特性设计解耦控制器，利用解耦控制器对压水堆核电站进行解耦控制。
[0036]压水堆供热改造后解耦控制系统，包括：
[0037]一回路系统，所述一回路系统被控量为主蒸汽集管压力，通过反应性调节反应堆功率来控制主蒸汽集管压力；
[0038]二回路系统，所述二回路系统被控量为电功率，通过调整二回路系统中主蒸汽调阀的阀门开度来控制进入汽轮机的蒸汽流量，从而控制电功率；
[0039]供热系统连接，所述供热系统被控量为供热系统用户侧蒸汽压力，通过调整供热调阀阀门开度控制进入供热系统的蒸汽流量，从而控制供热系统用户侧蒸汽压力。
[0040]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。
[0041]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。
[0042]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0043]本专利技术的供热改造后解耦控制系统，采用单位阵解耦方法，除了能获得好的解耦效果，还能提高控制质量。另外，本专利技术采用静态解耦方式进行解耦，可以简化解耦装置，而且容易实施。采用该解耦控制系统之后，主蒸汽集管压力设定值阶跃变化时，解耦控制器可以及时对其进行补偿，使扰动对其他两个系统不产生很大影响；其他两个系统发生阶跃变化时，同样可通过解耦控制器及时补偿，使系统迅速获得调节。因此，本专利技术系统的解耦控制器可以较好解除系统变量之间的耦合，实现供热改造压水堆核电机组的解耦控制，且设计的解耦矩阵结构简单，利于工程应用。
附图说明
[0044]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.压水堆供热改造后解耦控制方法，其特征在于，包括以下步骤：建立压水堆供热改造对象模型，得到系统传递函数矩阵；对系统传递函数矩阵进行控制变量与被控变量间的耦合性分析；根据耦合性分析得到系统耦合特性，针对系统耦合特性设计解耦控制器，利用解耦控制器对压水堆核电站进行解耦控制。2.根据权利要求1所述的压水堆供热改造后解耦控制方法，其特征在于，所述建立压水堆供热改造对象模型，包括：通过反应性、主调阀开度和供热调阀开度的阶跃扰动获得系统动态特性，通过MATLAB传递函数辨识工具箱对仿真平台上的一回路系统、二回路系统以及供热系统模型进行辨识，得到3
×
3的系统传递函数矩阵。3.根据权利要求1所述的压水堆供热改造后解耦控制方法，其特征在于，所述对系统传递函数矩阵进行控制变量与被控变量间的耦合性分析，包括：所述耦合性分析方法采用相对增益矩阵法；以相对增益RG为元素的矩阵构成相对增益矩阵RGA；所述相对增益矩阵RGA中每行或每列的总和均为1；对增益矩阵RGA进行分析，分析依据为：对于多变量系统，当相对增益RG接近于1，不需要进行解耦措施；当相对增益RG小于或接近于0时，该输入对该输出没有影响；当相对增益RG在0.3到0.7范围内或大于1.5时，则表明系统存在耦合。4.根据权利要求1所述的压水堆供热改造后解耦控制方法，其特征在于，所述针对系统耦合特性设计解耦控制器，包括：采用单位阵解耦法设计解耦控制器，传递函数矩阵为：其中，D
11
(s)、D
21
(s)、D
31
(s)、D
12
(s)、D
22
(s)、D
32
(s)、D
13
(s)、D
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(s)和D
33
(s)为解耦器；G
11
(s)、G
21
(s)、G
31
(s)、G
12
(s)、G
22
(s)、G
32
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏新宇，张茹，蒋冠孚，孙奥迪，孙培伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：