本發(fā)明涉及核電機(jī)組建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)壓水堆一回路系統(tǒng)的模型參數(shù)獲取方法。

背景技術(shù)：

核電具有單機(jī)容量大、核安全要求高、對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)敏感、啟動(dòng)及停堆換料時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前大規(guī)模電力系統(tǒng)分析中，所建立的模型主要針對(duì)二代半型核電機(jī)組。在第三代核電大發(fā)展的背景下，缺乏準(zhǔn)確適用的三代壓水堆機(jī)組的仿真模型，且反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)參數(shù)仍然難以實(shí)測(cè)獲取，獲取核電機(jī)組一回路模型的準(zhǔn)確參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制具有重要意義。

反應(yīng)堆系統(tǒng)具有高度復(fù)雜、非線性、時(shí)變等特點(diǎn)，以往核電模型中，忽略反應(yīng)堆模型，將核汽輪機(jī)蒸汽壓力近似處理為常量，以便在不影響機(jī)組及電網(wǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的情況下，提高整體系統(tǒng)的仿真速度及效率。但為了反應(yīng)堆的安全，應(yīng)監(jiān)視反應(yīng)堆內(nèi)部溫度、壓力等參數(shù)變化情況，研究精確的數(shù)學(xué)模型以及運(yùn)行參數(shù)獲取和模型初始化計(jì)算方法，利于一回路系統(tǒng)模型的建模工作。

當(dāng)前勵(lì)磁系統(tǒng)、原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型及參數(shù)辨識(shí)已有較多研究，但較少見針對(duì)核電機(jī)組參數(shù)辨識(shí)的研究。常見的模型參數(shù)辨識(shí)方法有最小二乘辨識(shí)、卡爾曼濾波辨識(shí)、Volterra級(jí)數(shù)辨識(shí)等，這些辨識(shí)方法對(duì)輸入、輸出信號(hào)及待辨識(shí)模型要求較高，對(duì)一些非線性系統(tǒng)辨識(shí)效果不理想。當(dāng)前針對(duì)核電廠模型參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)初值要求較高，且辨識(shí)效果受噪聲影響?；谥悄軆?yōu)化算法的非線性系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)輸入、輸出信號(hào)的要求低，主要依賴于所選定的目標(biāo)函數(shù)，因而受到廣泛關(guān)注。

綜上所述，核電廠模型具有強(qiáng)非線性、中間參數(shù)不易測(cè)量、核安全性要求高等特點(diǎn)。壓水堆一回路系統(tǒng)模型包括電氣、溫度、壓力等變量，這些變量具有不同的量綱；溫度和壓力變化較為緩慢，而堆芯中子動(dòng)態(tài)模型變量變化迅速，因而各部分模型變量變化尺度具有明顯差異?；谥悄軆?yōu)化算法的參數(shù)辨識(shí)，可用于非線性系統(tǒng)，對(duì)輸入輸出信號(hào)要求低，對(duì)于核電機(jī)組模型參數(shù)辨識(shí)問題是一個(gè)很好的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種針對(duì)壓水堆一回路系統(tǒng)的模型參數(shù)獲取方法。

本發(fā)明的上述目的采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種針對(duì)壓水堆一回路系統(tǒng)的模型參數(shù)獲取方法，其特征在于，模型參數(shù)獲取有以下幾個(gè)步驟：

步驟1，將壓水堆一回路系統(tǒng)整體模型進(jìn)行模塊化，具體是：基于壓水堆一回路系統(tǒng)的主要設(shè)備、子系統(tǒng)邊界、運(yùn)行特征及運(yùn)行參數(shù)可測(cè)試性，將壓水堆一回路系統(tǒng)整體模型分解為多個(gè)子模塊，包括堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊、堆芯燃料及冷卻劑溫度模塊、熱線溫度模塊、冷線溫度模塊、一回路平均溫度模塊、蒸汽發(fā)生器模塊、反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊、冷卻劑主泵模塊；

步驟2，選擇各模塊的輸入、輸出變量，并進(jìn)行測(cè)試，選取合適的辨識(shí)所需數(shù)據(jù)；

步驟3，參數(shù)辨識(shí)前，對(duì)辨識(shí)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、重采樣取點(diǎn)預(yù)處理，以減少噪聲信號(hào)對(duì)辨識(shí)效果的影響；

步驟4，基于各模塊的微分方程和程序設(shè)定，對(duì)變量賦初值，使模型初始化穩(wěn)定；

步驟5，基于參數(shù)攝動(dòng)理論和智能優(yōu)化方法，辨識(shí)各模塊參數(shù)；

步驟6，結(jié)合子模塊和整體模型，進(jìn)行多種工況下的參數(shù)與模型的校驗(yàn)。

在上述的一種針對(duì)壓水堆一回路系統(tǒng)的模型參數(shù)獲取方法，所述步驟2中，壓水堆一回路系統(tǒng)模型參數(shù)辨識(shí)的數(shù)據(jù)選取滿足以下約束條件：

約束條件2.1、針對(duì)具有多輸入變量的模塊，既輸入單個(gè)變量階躍信號(hào)，使獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單有效，以利于參數(shù)辨識(shí)；也采用多輸入變量階躍變化，以獲取整體模型的測(cè)試數(shù)據(jù)，從而適用于變量和參數(shù)的實(shí)際測(cè)試和應(yīng)用且利于模型參數(shù)辨識(shí)；

約束條件2.2、選取辨識(shí)用子模塊主要輸出變量數(shù)據(jù)，應(yīng)反映模型變量過渡過程，使參數(shù)辨識(shí)結(jié)果吻合整段曲線；根據(jù)核電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)允許值，確定參數(shù)的變化范圍與約束；待辨識(shí)參數(shù)為多個(gè)時(shí)，先計(jì)算或辨識(shí)確定部分參數(shù)，再辨識(shí)其余參數(shù)。

在上述的一種針對(duì)壓水堆一回路系統(tǒng)的模型參數(shù)獲取方法，所述步驟5中，辨識(shí)各模塊參數(shù)是基于參數(shù)攝動(dòng)理論和智能優(yōu)化方法進(jìn)行辨識(shí)，具體包括：將參數(shù)攝動(dòng)思想引入到參數(shù)辨識(shí)過程中，對(duì)群體最優(yōu)值進(jìn)行參數(shù)攝動(dòng)應(yīng)滿足下式：

z_besti,k＝z_besti,k×(1+a×randn)i∈[1,D]

式中，D為參數(shù)的維數(shù)；z_besti,k為算法第i個(gè)辨識(shí)參數(shù)第k次尋優(yōu)的群體最優(yōu)值；randn表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；a為攝動(dòng)系數(shù)；z_besti,k×a×randn反映了參數(shù)攝動(dòng)量；根據(jù)參數(shù)值的數(shù)量級(jí)，設(shè)定合適的a，即可設(shè)置合理的參數(shù)攝動(dòng)量。

參數(shù)辨識(shí)過程中，參數(shù)優(yōu)化的適應(yīng)度函數(shù)為

式中，N為數(shù)據(jù)總點(diǎn)數(shù)；m為辨識(shí)選用輸出變量個(gè)數(shù)，1≤m≤M；M為模型輸出變量個(gè)數(shù)；y_j(i)和y_j0(i)分別為第j個(gè)輸出變量第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果。

在上述的一種針對(duì)壓水堆一回路系統(tǒng)的模型參數(shù)獲取方法，其中，約束條件2.2中需測(cè)試的變量包括一回路系統(tǒng)冷卻劑主泵流量D_sp；中子通量密度N_r；控制棒引入的反應(yīng)性ρ_ext；堆芯總的反應(yīng)性ρ；堆芯燃料溫度T_F；一回路平均溫度測(cè)量值T_avg；反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度T_av；冷線溫度，也即蒸汽發(fā)生器一回路冷卻劑出口溫度T_CL；反應(yīng)堆冷卻劑入口溫度T_c1；熱線溫度，也即蒸汽發(fā)生器一回路冷卻劑入口溫度T_HL；反應(yīng)堆冷卻劑出口溫度T_c2；蒸汽發(fā)生器流量G_s；主蒸汽壓力P_s；二回路系統(tǒng)汽輪機(jī)機(jī)械功率P_m；廠用電母線頻率f₁；廠用電母線電壓U₁。

壓水堆一回路系統(tǒng)模型需獲取的模型參數(shù)包括堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊的平均中子壽命l，緩發(fā)中子組的總份額β，等效緩發(fā)中子組的延時(shí)常數(shù)λ，燃料溫度反應(yīng)性系數(shù)α_F，冷卻劑溫度反應(yīng)性系數(shù)α_C；冷卻劑主泵模塊的與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)k_e1、k_e2，冷卻劑主泵模型時(shí)間常數(shù)T_pj；反應(yīng)堆控制系統(tǒng)模塊的補(bǔ)償器和濾波器時(shí)間常數(shù)τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅；冷卻劑熱線和冷線時(shí)間常數(shù)τ_HL和τ_CL；溫度傳感器時(shí)間常數(shù)τ_c；堆芯燃料及冷卻劑溫度模塊中參數(shù)a₁＝P₀×F_f/μ_f，a₂＝P₀×(1-F_f)/μ_c，a₃＝Ω/μ_f，a₄＝Ω/μ_c，a₅＝M/μ_c，其中，P₀為堆芯熱功率，F(xiàn)_f為燃料發(fā)熱份額，Ω為堆芯中燃料與冷卻劑傳熱系數(shù)，μ_f為堆芯中燃料比熱容，μ_c為堆芯冷卻劑比熱容，M＝D_sp×C_pc×m_Cn，其中，C_pc為冷卻劑比熱容，m_Cn為額定工況下冷卻劑質(zhì)量流量；蒸汽發(fā)生器模塊中參數(shù)c₁＝M/μ_p，c₂＝Ω_p/μ_p，c₃＝Ω_p/μ_m，c₄＝Ω_S/μ_m，c₅＝Ω_S，c₆＝(h_s-h_fw)×G_sn，其中，Ω_p為蒸汽發(fā)生器中一回路冷卻劑與U形傳熱管傳熱系數(shù)，Ω_S為U形傳熱管與二回路蒸汽傳熱系數(shù)，μ_p為蒸汽發(fā)生器冷卻劑比熱容，μ_m為U形傳熱管比熱容，G_sn為額定工況下二回路主蒸汽流量，h_fw和h_s分別為二回路給水入口溫度比焓和出口蒸汽比焓；此外，根據(jù)壓水堆機(jī)組一回路運(yùn)行特性獲取得到的參數(shù)有：功率偏差通道可變?cè)鲆鍷₁、K₂，功率-冷卻劑溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)T_ref(P_m)，棒速控制單元邏輯函數(shù)S(△T)，控制棒反應(yīng)系數(shù)與控制棒位置比例系數(shù)K_C，蒸汽壓力時(shí)間常數(shù)K_Ps，二回路主蒸汽壓力與溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系系數(shù)K_{Ps_Ts}。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用模塊化建模方法，基于機(jī)理建立一回路系統(tǒng)各模塊數(shù)學(xué)模型，反映了實(shí)際運(yùn)行特性，模型集電氣、溫度、壓力等變量為一體，各模塊結(jié)構(gòu)精細(xì)，模型變量物理意義明確；(2)對(duì)多輸入系統(tǒng)子模塊及整體模型，通過輸入變量不同階躍擾動(dòng)獲取多工況測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試中對(duì)關(guān)鍵變量過渡過程提高采樣頻率，且數(shù)據(jù)時(shí)間尺度應(yīng)反映變量過渡過程，利于參數(shù)的辨識(shí)工作，辨識(shí)所需變量易獲??；(3)基于微分方程和程序設(shè)定的方法對(duì)各模塊變量初始化，避免仿真中變量初始穩(wěn)定過渡時(shí)間較長(zhǎng)，部分參數(shù)先計(jì)算得到，采用基于參數(shù)攝動(dòng)理論和智能優(yōu)化方法辨識(shí)各模塊參數(shù)并通過不同工況修正校核參數(shù)，使得參數(shù)獲取方法快捷、高效、精確，為利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算與辨識(shí)獲取模型參數(shù)奠定了基礎(chǔ)，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為壓水堆核電廠整體模型圖。

圖2為反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊。

圖3為壓水堆一回路系統(tǒng)模型參數(shù)獲取流程。

圖4為不含溫度反饋的堆芯中子動(dòng)態(tài)辨識(shí)結(jié)果。(a)為堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊參數(shù)辨識(shí)適應(yīng)值變化曲線，其中縱坐標(biāo)數(shù)值為對(duì)f取以10為底的對(duì)數(shù)；(b)為堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊仿真對(duì)比。

圖5為反應(yīng)堆控制系統(tǒng)模塊仿真對(duì)比。

圖6為線性降功率運(yùn)行核電廠的響應(yīng)；(a)為中子通量密度N_r；(b)為燃料平均溫度T_F；(c)為一回路冷卻劑平均溫度T_avg；(d)為控制棒反應(yīng)性ρ_T；(e)為主蒸汽壓力P_s；(f)為汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出P_m。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體的說明。圖1～3中，SG代表蒸汽發(fā)生器；f₁為廠用電母線頻率；U₁為廠用電母線電壓；D_sp為冷卻劑主泵流量；N_r為中子通量密度；T_avg為一回路平均溫度測(cè)量值；T_cav為反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度；T_F為堆芯燃料溫度；T_c1和T_c2分別為堆芯冷卻劑入口和出口溫度；T_HL和T_CL分別為蒸汽發(fā)生器一回路冷卻劑入口和出口溫度；h_s為蒸汽發(fā)生器二回路出口蒸汽比焓；G_s為蒸汽發(fā)生器流量；P_s為主蒸汽壓力；ρ_ext為控制棒引入的反應(yīng)性；ρ_T為溫度控制棒引起的反應(yīng)性；ρ為堆芯的總反應(yīng)性；u_bp為旁路閥開度；μ為汽門開度；P_m為汽輪機(jī)機(jī)械功率輸出；P_ref和ω_ref分別為調(diào)速器功率參考值和轉(zhuǎn)速參考值；ω為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；P_G和Q_G分別為發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率；τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅為控制系統(tǒng)補(bǔ)償器和濾波器時(shí)間常數(shù)；K₁、K₂為功率偏差通道可變?cè)鲆?；T_ref(P_m)為功率-冷卻劑溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)；S(△T)為棒速控制單元邏輯函數(shù)；K_C為控制棒反應(yīng)系數(shù)與控制棒位置比例系數(shù)。

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例。

1壓水堆一回路系統(tǒng)模型的模塊化

先進(jìn)壓水堆核電廠整體模型如圖1所示。核電機(jī)組輸出到電網(wǎng)的信息為汽輪機(jī)的機(jī)械功率，電網(wǎng)輸入到核電機(jī)組的信息有發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和有功出力，它們之間通過發(fā)電機(jī)連接。發(fā)電機(jī)通過汽輪機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)與壓水堆核電廠一回路和二回路系統(tǒng)聯(lián)系。

基于壓水堆核電機(jī)組一回路系統(tǒng)的主要設(shè)備、子系統(tǒng)邊界、運(yùn)行特征及運(yùn)行參數(shù)可測(cè)試性，將壓水堆核電機(jī)組一回路系統(tǒng)整體模型分解為多個(gè)子模塊，由堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊、堆芯燃料及冷卻劑溫度模塊、熱線溫度模塊、冷線溫度模塊、一回路平均溫度模塊、蒸汽發(fā)生器模塊、反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊、冷卻劑主泵模塊構(gòu)成。各模塊呈現(xiàn)多輸入、多輸出的特點(diǎn)，各模塊之間由各個(gè)變量相互耦合成一個(gè)整體系統(tǒng)。壓水堆一回路系統(tǒng)模型模塊化數(shù)學(xué)模型具體給出如下。

(1)反應(yīng)堆及其熱力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

基于各模塊運(yùn)行特性，由堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊、堆芯燃料及冷卻劑溫度模塊、熱線溫度、冷線溫度和一回路平均溫度模塊、蒸汽發(fā)生器模塊，構(gòu)成反應(yīng)堆及其熱力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為

式中，l為平均中子壽命；β為緩發(fā)中子組的總份額；λ為等效緩發(fā)中子組的延時(shí)常數(shù)；C_r為等效單組緩發(fā)中子先驅(qū)核密度；ρ_ext為控制棒引入反應(yīng)性，ρ_ext＝(R_cp－R_cp0)*K_c，R_cp為控制棒位置，R_cp0為控制棒初始位置，K_c為控制棒反應(yīng)性系數(shù)；α_F和α_C分別為燃料溫度和冷卻劑溫度反應(yīng)性系數(shù)；T_F0和T_cav0分別為燃料溫度和堆芯內(nèi)冷卻劑平均溫度初始值；P₀為堆芯熱功率；F_f為燃料發(fā)熱份額；Ω為堆芯中燃料與冷卻劑傳熱系數(shù)；μ_f，μ_c分別為燃料、堆芯冷卻劑比熱容；τ_HL和τ_CL分別為冷卻劑熱線和冷線時(shí)間常數(shù)；τ_c為溫度傳感器時(shí)間常數(shù)；M＝D_sp×C_pc×m_Cn，其中，Dsp為冷卻劑主泵流量，C_pc為冷卻劑比熱容，m_Cn為額定工況下冷卻劑質(zhì)量流量；Ω_p，Ω_S分別為蒸汽發(fā)生器中冷卻劑與U形傳熱管傳熱系數(shù)，U形傳熱管與二回路蒸汽傳熱系數(shù)；μ_p，μ_m分別為蒸汽發(fā)生器冷卻劑和U形傳熱管比熱容；T_m為U形傳熱管溫度；T_p為一回路冷卻劑平均溫度；K_Ps為蒸汽壓力時(shí)間常數(shù)；K_{Ps_Ts}為二回路主蒸汽壓力與主蒸汽溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系；Q_s為二回路蒸汽流量，Q_s＝(μ+μ_bp)×G_sn×P_s/P_sn，其中，μ為汽門開度，G_sn和P_sn分別為額定工況下主蒸汽流量和壓力；h_fw和h_s分別為二回路給水入口溫度比焓和出口蒸汽比焓。

(2)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)控制棒提升和插入對(duì)反應(yīng)堆中子通量密度(堆芯功率)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并將一回路冷卻劑平均溫度保持在設(shè)計(jì)的控制帶內(nèi)。與第二代核電廠相比，以AP1000為代表的第三代壓水堆核電廠的控制棒棒速控制單元采用死區(qū)環(huán)節(jié)和滯環(huán)環(huán)節(jié)相結(jié)合的方案。第三代壓水堆核電廠反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊如圖2所示。

(3)冷卻劑主泵模塊

核電廠的冷卻劑主泵模塊可表示為

式中，ω_p^*為轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值；M_pe^*和M_pm^*分別為電磁力矩和阻力矩標(biāo)幺值，其基值為同步轉(zhuǎn)速時(shí)泵的阻力矩；T_pj為時(shí)間常數(shù)；k_e1、k_e2為與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)；f_l^*為廠用母線頻率標(biāo)幺值；U₁^*為廠用母線電壓標(biāo)幺值；ω_pr^*為額定轉(zhuǎn)速標(biāo)幺值；Dsp^*為冷卻劑流量標(biāo)幺值。

2基于參數(shù)擾動(dòng)的粒子群參數(shù)辨識(shí)方法

粒子群優(yōu)化算法是一種仿生類算法，可用于解決優(yōu)化問題。粒子的位置和速度需不斷更新，在考慮實(shí)際優(yōu)化問題時(shí)，往往需要先采用全局搜索，使算法快速收斂于某一區(qū)域，然后采用局部搜索以獲得高精度的解。因此，引入了慣性權(quán)重的概念，修正粒子的速度更新方程。

為進(jìn)一步提高尋優(yōu)能力，提出利用混沌方法產(chǎn)生粒子初始種群。采用的混沌映射為二維貓映射

其次，將參數(shù)攝動(dòng)思想引入到參數(shù)辨識(shí)過程中，即將參數(shù)群體最優(yōu)值進(jìn)行攝動(dòng)

z_besti,k＝z_besti,k×(1+a×randn)i∈[1,D] (4)

式中，D為參數(shù)的維數(shù)；z_besti,k為算法第i個(gè)需辨識(shí)參數(shù)第k次尋優(yōu)的群體最優(yōu)值；randn表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；a為攝動(dòng)系數(shù)；z_besti,k×a×randn反映了參數(shù)攝動(dòng)量。根據(jù)參數(shù)值的數(shù)量級(jí)，設(shè)定合適的a，即可設(shè)置合理的參數(shù)攝動(dòng)量。

取如下準(zhǔn)則函數(shù)為適應(yīng)度函數(shù)表示為

式中，N為數(shù)據(jù)總點(diǎn)數(shù)；m為辨識(shí)選用輸出變量個(gè)數(shù)，1≤m≤M；M為模型輸出變量個(gè)數(shù)；y_j(i)和y_j0(i)分別為第j個(gè)輸出變量第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果。

適應(yīng)度函數(shù)值越接近于0表明參數(shù)辨識(shí)后的輸出變量仿真曲線與測(cè)試曲線吻合度高。在算法中增加參數(shù)擾動(dòng)(以正態(tài)分布擾動(dòng))，避免參數(shù)不變化難以繼續(xù)尋優(yōu)而得不到最優(yōu)解的問題。參數(shù)攝動(dòng)過程中，由于改變的是參數(shù)，其參數(shù)變動(dòng)后適應(yīng)度函數(shù)值不一定能降低，但增加了參數(shù)的差異性和多樣化，有利于尋優(yōu)得到最優(yōu)參數(shù)。

3基于微分方程和程序設(shè)定的核電一回路系統(tǒng)各模塊變量初始化

由核電一回路系統(tǒng)模型的數(shù)學(xué)微分方程，令各狀態(tài)變量即微分方程左邊等于零，可以解得各變量初始時(shí)滿足的要求。對(duì)堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊、堆芯燃料及冷卻劑溫度模塊、蒸汽發(fā)生器模塊，由其微分方程，計(jì)算核反應(yīng)堆穩(wěn)定在某一工況下變量初始值滿足：

需說明的是，C_r為中間變量，其值難以獲取，辨識(shí)中作為分析使用。

而部分變量初始值與核電初始工況直接有關(guān)，由程序設(shè)定為：

式中，P_m0為機(jī)械功率給定值。

4壓水堆一回路系統(tǒng)模型參數(shù)獲取流程

對(duì)壓水堆一回路參數(shù)辨識(shí)時(shí)，辨識(shí)選擇某一工況下測(cè)試數(shù)據(jù)及模塊輸出變量個(gè)數(shù)，對(duì)參數(shù)辨識(shí)有直接影響，決定了辨識(shí)的復(fù)雜性。輸出變量太多增加了參數(shù)辨識(shí)的難度，太少則可能只能使部分輸出變量吻合造成參數(shù)不準(zhǔn)確。測(cè)試數(shù)據(jù)的選取，數(shù)據(jù)點(diǎn)不可過少，特別是應(yīng)反映過渡過程的數(shù)據(jù)，避免辨識(shí)得到的參數(shù)只能吻合部分段而非整段曲線。根據(jù)參數(shù)對(duì)模型增益的影響及核電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)允許值，挖掘參數(shù)的范圍與約束，并體現(xiàn)在參數(shù)辨識(shí)中，對(duì)子模塊輸出變量的曲線含多段穩(wěn)定值時(shí)采用將曲線分段并行求解，以提高辨識(shí)求解速度及有效性。

壓水堆一回路系統(tǒng)模型參數(shù)獲取流程如圖3所示。核電參數(shù)辨識(shí)流程主要包括：

(1)壓水堆一回路系統(tǒng)整體模型的模塊化；

(2)選擇合適的辨識(shí)用數(shù)據(jù)，包括某工況下模塊輸入變量、輸出變量數(shù)據(jù)的選??；

(3)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、重采樣取點(diǎn)等預(yù)處理，并將部分變量數(shù)值歸一化處理成模型可用輸入、輸出變量；

(4)基于各模塊的微分方程和程序設(shè)定，對(duì)變量賦初值，使模型初始化穩(wěn)定；

(5)基于參數(shù)攝動(dòng)理論和智能優(yōu)化方法辨識(shí)各模塊參數(shù)，待辨識(shí)參數(shù)較多時(shí)，可以先計(jì)算或辨識(shí)確定部分主要的參數(shù)，再辨識(shí)其余參數(shù)；

(6)針對(duì)同一模塊采用不同工況下模型仿真對(duì)比，模型校核中也可對(duì)某些模型的頻域特性進(jìn)行分析，并以整體模型的仿真對(duì)比驗(yàn)證模型及參數(shù)的有效性。

5參數(shù)獲取方法的驗(yàn)證及應(yīng)用

選取壓水堆一回路堆芯系統(tǒng)模型為例，闡明壓水堆一回路系統(tǒng)模型參數(shù)獲取方法主要特點(diǎn)。需要說明的是，壓水堆一回路溫度、壓力等變量變化過程時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)壓水堆一回路其他模塊如蒸汽發(fā)生器模塊的參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)時(shí)選取測(cè)試數(shù)據(jù)需取到三百秒以上。分模塊辨識(shí)參數(shù)后再整體模型校核驗(yàn)證模型及參數(shù)的有效性。

5.1堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊參數(shù)辨識(shí)

不考慮溫度反饋，堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊其輸入為控制棒反應(yīng)性變化量Δρ，輸出為反應(yīng)堆功率(中子通量)變化ΔN_r。1s時(shí)給定ρ從0階躍變化為0.0001，辨識(shí)中給定l、λ、β參數(shù)范圍均為[0,1]，參數(shù)真實(shí)值l＝2.1×10^-5、λ＝0.0767、β＝4.4×10^-3，辨識(shí)結(jié)果與參數(shù)真實(shí)值完全符合，參數(shù)辨識(shí)過程中適應(yīng)值的變化曲線及參數(shù)辨識(shí)后仿真對(duì)比如圖4所示。

由圖4可知，辨識(shí)后仿真曲線與測(cè)試曲線基本吻合，證明了不含溫度反饋的堆芯中子動(dòng)態(tài)模塊參數(shù)辨識(shí)的有效性。當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)含有噪聲時(shí)，β和l仍能得到較好辨識(shí)，λ與給定值略有區(qū)別，通過λ參數(shù)對(duì)仿真結(jié)果的影響分析修正λ參數(shù)；且可考慮增加采樣頻率以反映噪聲信號(hào)影響下信號(hào)本身該有的過渡過程，以利于辨識(shí)參數(shù)。

5.2反應(yīng)堆控制系統(tǒng)模塊參數(shù)辨識(shí)

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊，包括平均溫度環(huán)節(jié)、可變放大環(huán)節(jié)、非線性放大環(huán)節(jié)和棒速控制環(huán)節(jié)；輸入量：一回路平均溫度T_avg、汽輪機(jī)負(fù)荷功率P_m、反應(yīng)堆功率N_r；輸出量：控制棒動(dòng)作引起的反應(yīng)性ρ_T。省略掉輸入T_avg、P_m、N_r三個(gè)變量的測(cè)量環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。反應(yīng)堆控制系統(tǒng)模塊包含三個(gè)環(huán)節(jié)，其中為超前環(huán)節(jié)，因而τ₃＞τ₄。

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)模塊中各參數(shù)真實(shí)值τ₁＝19.4949s，τ₂＝56.3514s，τ₃＝12.1755s，τ₄＝3.9368s，τ₅＝0.7275s。辨識(shí)中這5個(gè)參數(shù)的范圍均為[0,500]，辨識(shí)結(jié)果與參數(shù)真實(shí)值完全符合，參數(shù)辨識(shí)后仿真對(duì)比如圖5所示。由圖5可知，辨識(shí)后仿真曲線與測(cè)試曲線基本吻合，證明了反應(yīng)堆控制系統(tǒng)模塊參數(shù)辨識(shí)的有效性。

5.3整體模型仿真驗(yàn)證

采用核電廠仿真軟件PCTRAN的線性降功率運(yùn)行動(dòng)態(tài)過程的仿真試驗(yàn)結(jié)果作為參數(shù)辨識(shí)的原始數(shù)據(jù)，并與PCTRAN軟件多工況下曲線的對(duì)比分析整體模型的適應(yīng)性。假設(shè)t＝10s時(shí)設(shè)定功率給定值以5％P_n/min速率線性降功率至90％P_n運(yùn)行(其中P_n為核電機(jī)組額定功率)，核電廠模型仿真結(jié)果及PCTRAN仿真結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，核電機(jī)組調(diào)速器的功率參考信號(hào)從滿功率開始以-5％P_n/min的速率降功率至90％P_n運(yùn)行，調(diào)速器動(dòng)作，逐步減小汽門開度，引起蒸汽發(fā)生器主蒸汽流量和汽輪機(jī)機(jī)械功率下降，導(dǎo)致堆芯燃料溫度和冷卻劑平均溫度降低，當(dāng)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)溫度偏差信號(hào)超過動(dòng)作值時(shí)，功率控制系統(tǒng)動(dòng)作，引起控制棒下插，逐步將堆芯功率控制在0.9p.u.左右。在擾動(dòng)開始后300s，核電機(jī)組各變量輸出穩(wěn)定，與PCTRAN仿真結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了所建立壓水堆一回路系統(tǒng)模型及參數(shù)的有效性和正確性。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。