压水堆核电站功率控制系统建模及控制方法研究

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1、学校代码：10286分类号：TK3密级：公开UDC：620学号：150422压水堆核电站功率控制系统建模及控制方法研究研究生姓名：王馥郁导师姓名：王明春教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称动力工程及工程热物理论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称能源信息技术学位授予日期2018年6月日答辩委员会主席吕剑虹评阅人S18003185S180031862018年6月19日硕士学位论文压水堆核电站功率控制系统建模及控制方法研究专业名称：动力工程及工程热物理研究生姓名：王馥郁导师姓名：王明春教授RESERCHONMODELINGANDCONTROLMETHODOFPOWE

2、RCONTROLSYSTEMINPWRNUCLEARPOWERPLANTAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWANGFu-yuSupervisedbyProf.WANGMing-chunandProf.ZHANGYu-FeiSchoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversityJune2018摘要摘要近年来我国核电装机容量逐渐增加，对核电站系统建模和控制问题提出了更高的要求。压水堆核电机组是复杂的非线性系统，各子系统之间相互

3、关联，具有一定程度的不确定性。神经网络能够处理非线性问题，在处理非线性对象建模问题时能够取得较好的效果。本文在分析压水堆核电站功率控制系统各部分运行特点的基础上，选取冷却剂温度和压水堆功率作为研究对象，重点研究了改进剪枝算法在双隐层BP神经网络中的应用、冷却剂温度建模和协调控制系统非线性模型，并用预测控制算法对模型进行控制仿真研究。为了提高神经网络的泛化能力，本文从结构优化的角度，提出了一种改进的剪枝算法。在网络的每个输入节点和隐节点引入一个影响因子，将其与节点的输出相乘作为节点的实际输出传递到网络的输出节点。在不同训练精度下，权值和影响因子交叉修正，当训练误差较小时，因影响因子能够代

4、表所在节点对网络输出的贡献大小，以影响因子的数值作为删除节点的参考，不断精简网络。仿真结果表明，带有剪枝算法的神经网络能够在精简网络结构、增强网络泛化能力的基础上，保证较好的收敛精度和较快的收敛速度。通过对压水堆核电站功率控制系统进行分析，将研究对象分为一回路冷却剂温度和反应堆功率、二回路汽轮机功率两个部分。针对压水堆一回路系统，建立点堆中子动力学模型、冷却剂温度和燃料温度模型、反应性模型的微分动态方程组，结合核电站的设计和运行参数，得到以控制棒棒位为控制量的对象状态空间模型和传递函数模型；对象的动态特性曲线体现了系统的自稳自调性，证明了所建模型的正确性。针对压水堆二回路系统，借鉴火电

5、机组的控制思想，建立以阀门开度、控制棒位移为控制量，主蒸汽压力、汽轮机功率为被控量的2×2协调控制系统，以传递函数形式的对象模型产生样本数据，将具有剪枝能力的神经网络用于对象建模；网络的训练和测试结果较好，网络模型能够准确反映对象特性。针对反应堆功率控制系统非线性、不确定性等问题，本文选择广义预测控制的控制策略，采用BP神经网络作为预测模型，分别对一、二回路功率对象进行控制仿真研究。对象阶跃响应曲线表明控制方法能够取得较好的控制效果，与PID控制效果相比，预测控制算法能够有更短的响应时间，进一步验证了模型的准确性和控制算法的有效性。关键词：剪枝算法；神经网络建模；压水堆核电站功率控制；

6、协调控制系统；预测控制IAbstractAbstractInrecentyears,theinstalledcapacityofnuclearpowerinChinahasgraduallyincreased,andhigherrequirementshavebeenputforwardonthemodelingandcontrolingofnuclearpowerplantsystems.Thepressurizedwaterreactornuclearpowerunitisacomplexnonlinearsystem,andthesubsystemsareinterrelated

7、anduncertain.Neuralnetworkscandealwithnonlinearmodelingproblemswithgoodresults.BasedontheanalysisofrunningcharacteristicsofeachpartofPWRpowercontrolsystem,thecoolanttemperatureandpowerofnuclearreactorareselectedastheresearch