一种核电站反应堆控制系统的设计方法一种核电站反应堆控制系统的设计方法一种核电站反应堆控制系统的设计方法，包括S1、建立Relap5热工水力模型及数学模型；S2、根据反应堆控制系统性能指标和数学模型，确定控制方案；S3、对反应堆控制系统建立Simulink模型；S4、在Simulink模型中分别选取不同的控制参数，通过Relap5和Simulink完成瞬态仿真并调整控制参数；S5、判断仿真结果是否满足反应堆控制系统性能要求；若否，则返回S2；若是，则执行S6；S6、输出控制参数整定值本发明基于Relap5和Simulink的控制系统建模仿真方法实现反应堆控制系统的设计，可灵活方便地完成反应堆控制系统的设计与仿真，尤其是对控制参数的整定及优化专利说明】一种核电站反应堆控制系统的设计方法【技术领域】[0001]本发明涉及核电【技术领域】，尤其涉及一种核电站反应堆控制系统的设计方法背景技术】[0002]核电站反应堆控制系统是压水堆核电厂核蒸汽供应系统控制的核心，也是机组安全运行的关键该系统包含多个控制过程，控制对象复杂，是核电厂设计中的重点和难点[0003]反应堆控制系统主要包括:功率控制系统、应堆冷却剂平均温度控制系统、反应堆冷却剂压力控制系统、稳压器水位控制系统、蒸汽排放控制系统、蒸汽发生器水位控制系统坐寸ο[0004]反应堆控制系统的设计一般包括对受控系统的分析和受控系统数学模型的建立，控制系统的控制方案设计，控制参数的整定与优化，控制系统的仿真等。
控制系统的设计一般需要与设计仿真紧密结合，使用合适的设计仿真工具是控制系统设计成功的关键因素[0005]在第二代压水堆核电厂设计中采用CATIA2程序完成反应堆控制系统的设计与仿真工作但CATIA2主要为反应堆热工水力计算程序，其中对于控制系统的设计与仿真方法较为单一，不便于进行各种控制算法尤其是先进控制算法的设计与仿真发明内容】[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术反应堆控制系统的设计与仿真方法较为缺乏、设计仿真功能较为局限，不便于进行各种控制算法尤其是先进控制算法的设计与仿真等的缺陷，提供一种核电站反应堆控制系统的设计方法[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种核电站反应堆控制系统的设计方法，包括:[0008]S1、建立受控系统的Relap5热工水力模型及数学模型；[0009]S2、根据反应堆控制系统性能指标和数学模型，设计控制方案；[0010]S3、对反应堆控制系统建立Simulink模型；[0011]S4、在反应堆控制系统Simul ink模型中分别选取不同的控制参数,通过Relap5和Simulink完成瞬态仿真并对控制参数进行调整；[0012]S5、判断仿真结果是否满足反应堆控制系统性能要求；若是，则执行步骤S6 ;若否，则返回步骤S2;[0013]S6、输出控制参数整定值。
[0014]优选的,所述步骤SI具体包括:[0015]在受控系统较为简单时，采用机理建模法建立数学模型；否则[0016]通过Relap5建立受控系统的热工水力模型；并[0017]采用实验建模法建立热工水力模型的数学模型[0018]优选的，在采用机理建模法建立数学模型后，通过Relap5建立受控系统的热工水力模型[0019]优选的，所述控制方案包括提出控制系统所需的测量参数、用于控制的执行机构和控制通道中的校正装置[0020]优选的，所述步骤S4具体为:通过反复仿真实验，不断调整反应堆控制系统Simulink模型中的控制参数，判断在各种瞬态下的被控量的响应是否满足性能要求，得到满足性能要求的控制参数值[0021]优选的，所述控制参数包括PID参数、滤波器时间参数、超前滞后环节时间参数和函数发生器参数[0022]优选的，所述受控系统包括反应堆控制系统、一回路主要热力系统和二回路主要热力系统[0023]优选的，所述反应堆控制系统包括功率控制系统、应堆冷却剂平均温度控制系统、反应堆冷却剂压力控制系统、稳压器水位控制系统、蒸汽排放控制系统和蒸汽发生器水位控制系统[0024]优选的，所述一回路主要热力系统包括反应堆本体、冷却剂泵、稳压器和蒸汽发生器。
[0025]优选的，所述二回路主要热力系统包括汽轮机主蒸汽阀门、汽轮机、冷凝汽、除氧器、高低压给水加热器、电动给水泵、主给水调节阀和旁路给水调节阀[0026]实施本发明核电站反应堆控制系统的设计方法的技术方案，具有以下优点或有益效果:基于Relap5和Simulink的控制系统建模仿真方法实现反应堆控制系统的设计，通过引入成熟且功能丰富的Simulink控制仿真工具，可灵活方便的完成反应堆控制系统的设计与仿真，尤其是对控制参数的整定及优化，以及可在设计的反应堆控制系统中使用各种先进算法专利附图】【附图说明】[0027]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中:[0028]图1是本发明反应堆控制系统的设计方法实施例的流程示意图；[0029]图2是本发明反应堆控制系统的设计方法实施例的仿真工具示意图具体实施方式】[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。
应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质[0031]核电站反应堆控制系统主要包括:功率控制系统、应堆冷却剂平均温度控制系统、反应堆冷却剂压力控制系统、稳压器水位控制系统、蒸汽排放控制系统、蒸汽发生器水位控制系统等反应堆控制系统的设计一般包括步骤:对受控系统的分析、受控系统数学模型的建立、反应堆控制系统控制方案的设计、控制系统的仿真、控制参数的整定与优化等[0032]本发明核电站反应堆控制系统的设计是基于Relap5的反应堆对象模型和基于Simulink的控制系统建模仿真方法来实现从新型第三代压水堆核电厂研发设计的角度出发，本发明中所提出的核电站反应堆控制系统的设计方法如图1所示，包括:[0033]S1、对受控系统进行分析，并建立受控系统的Relap5热工水力模型及数学模型；[0034]S2、根据反应堆控制系统性能指标和数学模型，确定控制方案；反应堆控制系统的设计是在建立受控系统数学模型的基础上进行，对受控系统及其数学模型进行分析，根据反应堆控制系统的性能要求，设计反应堆控制系统的控制方案，包括提出反应堆控制系统所需的测量参数、用于控制的执行机构、控制通道中的校正装置等。
[0035]S3、对反应堆控制系统建立Simulink模型；反应堆控制系统建模及仿真使用Matlab中的Simulink组件来实现通过Simulink可方便的对反应堆控制系统进行建模，并利用Matlab对反应堆控制系统进行分析，绘制频率特性图、整定控制参数等由于使用可视化建模，反应堆控制系统模型的调整和控制参数的修改也非常方便[0036]Simulink是在Matlab环境下对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包既适用于线性控制系统仿真也适用于非线性系统仿真，既可进行连续系统仿真也可进行离散系统或连续-离散混合系统的仿真Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，为控制界广为采用的计算机辅助分析、辅助设计的工具软件[0037]S4、在所述反应堆控制系统Simulink模型中分别选取不同的控制参数，通过Relap5和Simulink完成瞬态仿真并对控制参数进行调整；仿真需要将反应堆对象Relap5热工水力模型和反应堆控制系统Simulink模型进行实时数据交互不断调整反应堆控制系统模型中的控制参数，观察判断在各种瞬态下的被控量的响应是否满足性能要求，如此反复进行仿真试验，以得到满足性能要求的最佳控制参数值。
[0038]其中，控制参数包括PID (Proportional Integral Derivative)参数、滤波器时间参数、超前滞后环节时间参数和函数发生器参数等[0039]S5、判断仿真结果是否满足反应堆控制系统性能要求；若是，则执行步骤S6 ;若始终不能得到较好的整定值，则返回步骤S2重新调整控制方案；通过理论计算和仿真的方法，对控制方案中的参数进行整定及优化，并对控制性能进行验证如果仿真结果不能满足控制系统性能要求，则需进行分析并调整控制方案或控制参数反应堆控制系统的设计需完成针对单个控制系统和整个核蒸汽供应系统控制系统的仿真，以验证控制系统满足其所需求的性能要求[0040]S6、输出控制参数整定值；根据这些控制参数整定值，确定最终的反应堆控制系统[0041]其中，步骤SI具体包括:[0042]对受控系统进行分析；[0043]在受控系统较为简单时，采用机理建模法建立数学模型；否则[0044]建立受控系统的热工水力模型；并[0045]采用实验建模法建立热工水力模型的数学模型[0046]另外，在采用机理建模法建立所述数学模型后，通过Relap5建立受控系统的热工水力模型[0047]在步骤SI中，都需要通过Relap5建立热工水力模型，在采用机理建模法时应先建立数学模型，然后再通过Relap5建立热工水力模型，建立的热工水力模型应用于步骤S4中。
在采用实验建模法时应先建立热工水力模型，然后在建立数学模型当然，在采用机理建模法之前，也可先通过Relap5建立热工水力模型[0048]机理建模法:对系统各部分运动机理进行分析，根据它们所遵循的物理规律或化学规律以及技术数据，进行推导从而建立起系统的数学模型优点为所研究的系统并不要求已经建立但对于较复杂的系统，导出的数学模型可能较繁杂，不便使用对于复杂系统，其内部过程和机理较复杂，往往难以进行机理建模[0049]实验建模法:对系统施加某种测试信号，测取其输入输出数据，然后应用适当的方法确定系统的输入输出模型优点是不要求对所研究系统详细了解，可建立较为实用的模型缺点是所研究的系统必须已经建立，因此一般在系统的设计阶段难以应用实验建模法又称为系统辨识，已发展为一门独立的学科分支，即在被研究系统较为复杂的情况下，往往使用实验法[0050]建立数学模型应尽量采用机理建模法，对难以进行机理建模的复杂过程，使用实验建模法建立系统数学模型，即系统辨识[0051]使用Relap5程序进行反应堆及一、二回路主要系统的建模，并建立受控系统数学模型，诸如传递函数等[0052]Relap5是由美国爱达荷国家工程实验室开发的一维非平衡两相热工水力系统程序。
该程序除了提供管道等基本水力部件模型外，还可提供泵、阀门、汽轮机、汽水分离器、安注箱等专用模型，可以模拟核电厂反应堆冷却剂系统及其辅助系统的热工水力行为、反应堆中子动力学、控制与保护系统的响应等，是目前最常用的核电厂系统热工水力模拟分析程序之一[0053]一、二回路主要系统由Relap5热工水力模型来模拟其中，一回路主要热力系统模型包括反应堆本体结构、冷却剂泵、稳压器、蒸汽发生器等反应堆本体结构利用Relap5中的Pipe、Branch、Annulus等基本水力部件,热构件以及点堆动力学模型来进行模拟冷却剂泵的模拟利用Pump部件，并需要将所模拟核电站主泵的四象限曲线转化Relap5所能识别的表格形式作为输入稳压器和蒸汽发生器也都通过Relap5的基本水力部件和热构件来模拟[0054]二回路主要热力系统模型包括汽轮机主蒸汽阀门、汽轮机、冷凝器、除。