Сравнительный анализ пропорциональной и релейной АСР мощности ядерного реактора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 22 августа, печатный экземпляр отправим 9 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №25 (315) июнь 2020 г.

Дата публикации: 20.06.2020

Статья просмотрена: 21 раз

Библиографическое описание:

Правосуд, С. С. Сравнительный анализ пропорциональной и релейной АСР мощности ядерного реактора / С. С. Правосуд, К. А. Иванов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 25 (315). — С. 34-38. — URL: https://moluch.ru/archive/315/71912/ (дата обращения: 08.08.2020).



В данной работе представлен сравнительный анализ математической модели реактора со сосредоточенными параметрами с наиболее распространенных системами автоматического регулирования — пропорциональной и релейной. В SIMULINK MATLAB получены переходные процессы по возмущающему воздействию, а также оценены устойчивости разработанных САР при изменении параметров системы.

В настоящее время к системам внешнего регулирования мощности реактора выдвигаются следующие требования:

а) поддержание заданного уровня мощности с достаточно высокой точностью;

б) исключение ложных срабатываний системы аварийной защиты (АЗ) за счет колебательных процессов в органах регулирования;

в) система автоматического регулирования мощности должна работать как в режиме стабилизации заданного уровня мощности, так и в режиме слежения за изменяющейся мощностью.

Главное отличие между двумя типами данных систем заключается в том, что в пропорциональной АСР перемещение стержня пропорционально ошибке регулирования и направлено в сторону ее уменьшения, а в релейной системе наличие зоны нечувствительности реле приводит к возможности возникновения автоколебательного режима при неточной настройке регулятора. Поэтому, чтобы не усугублять ситуацию, требуется, чтобы реактор был устойчивым объектом управления, то есть обладал свойством самовыравнивания, что возможно только при отрицательном температурном коэффициенте реактивности реактора.

В качестве математической модели в текущей работе используется система уравнений, описывающих динамику неотравленного ксеноном и самарием реактора, работающего в энергетическом диапазоне мощности.

Уравнения, раскрывающие взаимосвязь между величинами:

где — реактивность;

— температурный коэффициент реактивности;

— температура горючего, К;

— среднее время жизни нейтронов, с;

— доля запаздывающих нейтронов;

— постоянная распада, ;

— температура ТН на входе в реактор, К;

— постоянная времени инерционности ТВЭЛа (по температуре), с;

— мощностной коэффициент реактивности;

— расход ТН через реактор, кг/с;

— удельная теплоемкость ТН в реакторе, Дж/(кг К);

тепловая мощность реактора, Дж/с;

— масса загруженного топлива, кг;

удельная теплоемкость горючего,Дж/(кг К)

— средняя температура ТН, К;

— тепловой поток от ТВЭЛов к ТН, Дж;

– полная поверхность теплообмена ТВЭЛов, ;

— радиус ТВЭЛа, м;

— теплопроводность ТВЭЛа, Вт/м К;

— коэффициент теплопередачи, ;

— начальная температура горючего, К.

Эти уравнения не имеют смысла без следующих начальных условий:

Данная модель имеет следующее ограничение: она составлена для реактора со сосредоточенными параметрами, тем самым предполагается, что за время процесса, который вносит избыточную реактивность пространственное распределение нейтронного поля реактора совершенно не изменяется. Для реализации данной математической модели реактора в SIMULINK используется блок MATLAB S-function.

Также для уточнения расчетов математическая модель регулирующего стержня представлена в виде нелинейной функциональной зависимости, описывающейся следующим уравнением:

где — полная эффективность стержня в долях реактивности;

z — глубина погружения, см;

— высота активной зоны, см.

На основании вышеизложенного в SIMULINK MATLAB была составлена следующая схема, приведенная на рисунке 1:

Математическая модель САР ядерного реактора

Рис. 1. Математическая модель САР ядерного реактора

Управление реактором осуществляется с по принципу обратной связи. Увеличение плотности потока тепловых нейтронов влечет за собой увеличение тока ионизационной камеры. Токи ионизационной камеры достаточно малы, поэтому их необходимо усилить. Ток на выходе из усилителя сравнивается по значению с токами ручного задатчика мощности. Затем сигнал рассогласования поступает на регулятор мощности, сигнал с которого усиливается тиристорным усилителем и поступает на шаговый электромагнитный привод, который осуществит перемещение регулирующего стержня и скомпенсирует скачок реактивности, что приведет к изменению нейтронной мощности реактора.

Переходные процессы для пропорциональной и релейной САР представлены на рисунках 2 и 3 соответственно.

Переходный процесс при наборе мощности со 100 % до 102 % от номинальной в пропорциональной АСР

Рис. 2. Переходный процесс при наборе мощности со 100 % до 102 % от номинальной в пропорциональной АСР

Переходный процесс при наборе мощности со 100 % до 102 % от номинальной в релейной АСР

Рис. 3. Переходный процесс при наборе мощности со 100 % до 102 % от номинальной в релейной АСР

Можно сказать, что релейная САР обеспечивает лучшие показатели качества регулирования. Однако, автоколебательный процесс может привести к быстрому износу исполнительного механизма. Показатели качества регулирования двух систем сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Показатели качества системы внешнего регулирования

Пропорциональная АСР

Релейная АСР

=5.8 %

=0.5 %

T рег = 2.1 с

T рег = 1,92с

Для сравнения устойчивости АСР к нестабильности параметров динамической модели, можно сымитировать несколько ситуаций: изменение коэффициента передачи шагового привода ввиду износа, изменение коэффициента передачи ионизационной камеры ввиду выгорания, ухудшение свойств поглощающего стержня. Смоделированные системы управления могут скомпенсировать данные воздействия, однако прямые показатели качества заметно ухудшаются. Переходные процессы для релейной АСР при изменении параметров системы представлены на рисунках 4 и 5 соответственно.

Переходный процесс при изменении коэффициента передачи ШЭМ

Рис. 4. Переходный процесс при изменении коэффициента передачи ШЭМ

Переходный процесс при изменении коэффициента передачи ИК

Рис. 5. Переходный процесс при изменении коэффициента передачи ИК

Для обеспечения качества регулирования при отличном от текущего возмущающим воздействиям в подсистему ШЭМ встроен PID-регулятор Simulink. С помощью встроенной в SIMULINK настройкой “PID — Tune” с автоматическим подбором коэффициентов регулятора можно добиться желаемых результатов при любых типах возмущающих воздействий.

Литература:

  1. Бартоломей Г. Г. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов / Бартоломей Г. Г., Бать Г. А., Байков В. Д., Слухов М.С — М.: Энергоатомиздат, 1989–512с.;
  2. Галанин А. Д. Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых нейтронах / Галанин А. Д. — М.: Энергоатомиздат, 1990–536с;
  3. Дементьев Б. А. Кинетика и регулирование ядерных реакторов / Дементьев Б.А — М.: Атомиздат, 1986. — 272с
  4. Фейнберг С. М. Теория ядерных реакторов / Фейнберг С.М, Шихов С. Б., Троянский В. Б. — М.: Атомиздат,1978. — 400с;
  5. Шульц М. А. Регулирование ядерных энергетических установок / Шульц М. А. — М.: Издательство иностранной литературы,1957–460с.
Основные термины (генерируются автоматически): SIMULINK, MATLAB, изменение коэффициента передачи, переходный процесс, ионизационная камера, набор мощности, PID, изменение параметров системы, математическая модель реактора, математическая модель.


Похожие статьи

Математическое моделирование двигателя постоянного тока...

Математическая модель двигателя состоит из электрической и механической частей

Параметры двигателя: 1. Модель ДПТ НВ в Matlab-Simulink. В системе уравнений (1)

Аналогично, для скорости ω: Тогда математическая модель ДПТ НВ в Matlab-Script будет...

Моделирование отравления ядерного реактора продуктами...

Соответствующие переходные процессы, показывающие изменение концентрации прометия и

Так как отравление реактора — это малоинерционный процесс, то необходимо

Очевидно, что отравление реактора ведет к уменьшению коэффициента размножения и, как следствие, к...

Моделирование силовой части системы ТП - ДПТ НВ в Matlab и Си

1. Модель системы ТП - ДПТ НВ в Matlab-Simulink. Для моделирования в Matlab-Simulink необходимо перевести эти уравнения к изображениям, для этого заменяем оператор дифференцирования оператором s. В этом случае система уравнений (1) преобразуется к виду

Математическое моделирование параллельного компенсатора...

Михайлов, В. В. Математическое моделирование параллельного компенсатора мощности / В. В. Михайлов, М. В. Позднов.

Для исследования системы с параллельным компенсатором реактивной мощности использовалась среда математического моделирования MATLAB и ее...

Математические модели управления рабочими режимами...

Модели тепло- и массоотдачи используются как вспомогательные при математическом моделировании процессов нагрева и сушки объектов в СВЧ ЭТУ. В частности данные расчетные модели позволяют определять коэффициенты тепло- и массоотдачи для различной формы и...

Моделирование САР скорости асинхронного двигателя...

Математическая модель регулятора скорости приведена на рис. 4.

Математическая модель определения угловой скорости вращения координатной системы приведена на рис. 8.

Рис. 9. Модель оболочки АД с переменными на основе апериодических звеньев в Simulink-Matlab.

Моделирование асинхронного двигателя с переменными is – ψm...

В данной работе дадим сравнение математических моделей асинхронного двигателя с переменными is – ψm в Matlab-Simulink, Matlab-Script и Си. 1. Определение статорного тока isx. Matlab-Simulink: В работе [1] была получена структурная схема для определения статорного...

Моделирование САР скорости системы «АИН ШИМ – АД»...

Математическая модель АИН ШИМ с генератором пилообразного напряжения в Matlab-Script представлена в листинге 2. Листинг 2.

Математическое моделирование задания статорного тока по проекции y. Математическая модель задания тока в Simulink (номер 3) дана на рис. 24.

Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного...

Окно параметров модели. Паспортные данные двигателя приняты из работы [3].

Математическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с переменными IS – ΨR на выходе апериодических звеньев в системе абсолютных единиц приведена на рис. 10.

Похожие статьи

Математическое моделирование двигателя постоянного тока...

Математическая модель двигателя состоит из электрической и механической частей

Параметры двигателя: 1. Модель ДПТ НВ в Matlab-Simulink. В системе уравнений (1)

Аналогично, для скорости ω: Тогда математическая модель ДПТ НВ в Matlab-Script будет...

Моделирование отравления ядерного реактора продуктами...

Соответствующие переходные процессы, показывающие изменение концентрации прометия и

Так как отравление реактора — это малоинерционный процесс, то необходимо

Очевидно, что отравление реактора ведет к уменьшению коэффициента размножения и, как следствие, к...

Моделирование силовой части системы ТП - ДПТ НВ в Matlab и Си

1. Модель системы ТП - ДПТ НВ в Matlab-Simulink. Для моделирования в Matlab-Simulink необходимо перевести эти уравнения к изображениям, для этого заменяем оператор дифференцирования оператором s. В этом случае система уравнений (1) преобразуется к виду

Математическое моделирование параллельного компенсатора...

Михайлов, В. В. Математическое моделирование параллельного компенсатора мощности / В. В. Михайлов, М. В. Позднов.

Для исследования системы с параллельным компенсатором реактивной мощности использовалась среда математического моделирования MATLAB и ее...

Математические модели управления рабочими режимами...

Модели тепло- и массоотдачи используются как вспомогательные при математическом моделировании процессов нагрева и сушки объектов в СВЧ ЭТУ. В частности данные расчетные модели позволяют определять коэффициенты тепло- и массоотдачи для различной формы и...

Моделирование САР скорости асинхронного двигателя...

Математическая модель регулятора скорости приведена на рис. 4.

Математическая модель определения угловой скорости вращения координатной системы приведена на рис. 8.

Рис. 9. Модель оболочки АД с переменными на основе апериодических звеньев в Simulink-Matlab.

Моделирование асинхронного двигателя с переменными is – ψm...

В данной работе дадим сравнение математических моделей асинхронного двигателя с переменными is – ψm в Matlab-Simulink, Matlab-Script и Си. 1. Определение статорного тока isx. Matlab-Simulink: В работе [1] была получена структурная схема для определения статорного...

Моделирование САР скорости системы «АИН ШИМ – АД»...

Математическая модель АИН ШИМ с генератором пилообразного напряжения в Matlab-Script представлена в листинге 2. Листинг 2.

Математическое моделирование задания статорного тока по проекции y. Математическая модель задания тока в Simulink (номер 3) дана на рис. 24.

Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного...

Окно параметров модели. Паспортные данные двигателя приняты из работы [3].

Математическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с переменными IS – ΨR на выходе апериодических звеньев в системе абсолютных единиц приведена на рис. 10.

Задать вопрос