[发明专利]一种基于内模控制的压水堆蒸汽发生器液位控制系统整定方法

说明书

本发明公开了一种基于内模控制的压水堆蒸汽发生器液位控制系统整定方法，主要手段是将液位控制系统等效变换后根据串级控制回路进行整定。首先，根据方框图等效变换的方法，将压水堆蒸汽发生器液位控制系统等效转化为串级三冲量控制回路；然后，基于内模控制设计方法，整定等效串级控制回路；最后再将根据等效变换求取原液位控制系统的参数。所设计的方法不仅可以解决压水堆液位控制系统的整定问题，还可以解决控制回路中各环节的耦合，整定的控制器参数有清晰的数值解。

技术领域

本专利涉及核电厂蒸汽发生器液位控制领域，涉及一种基于等效串级三冲量控制回路与内模控制设计的控制系统整定方法，用于压水堆核电厂蒸汽发生器液位控制系统的参数整定。

背景技术

蒸汽发生器是压水堆冷却系统的重要组成部分，其主要的作用是进行热交换，将一回路从反应堆带来的热量转移到二回路，为汽轮机提供充足、合格的蒸汽。蒸汽发生器液位过高或者过低都会对核电厂的正常运行带来很大的影响。当蒸汽发生器液位过低时，将导致U形管破裂、一次测热量导出效率降低等情况，会造成辐射污染至二回路、堆芯过热等现象。当蒸汽发生器液位过高，会导致蒸汽发生器输出的蒸汽中含水，损伤汽轮机叶片。据统计，对于压水堆核电站，系统稳定运行的影响因素中，约有25％是由蒸汽发生器水位控制差引起的，因此蒸汽发生器液位控制对保证机组安全稳定运行具有重要意义。

压水堆蒸汽发生器液位控制器的结构如图1所示；这是一个只有单个PI控制器的单级三冲量控制器。控制器的输入信号包含两部分，一个是经过微分滞后补偿的蒸汽流量与给水流量偏差信号；另一个是液位经由超前滞后补偿后与液位设定值的偏差信号，该信号还经过了增益补偿。在控制系统的实际设计中，蒸汽流量和给水流量在进行相减计算之前分别作了归一化处理。图1中控制器、超前滞后环节、微分滞后环节之间存在比较严重的耦合，直接进行这些环节的参数设计基本是不可能的。

针对控制器结构耦合的回路进行整定，主要方法是根据方框图等效变换进行解耦，将复杂的控制回路结构转换为常见的、易于整定的回路。在等效转换过程中可以进行一定的近似或假设以符合转化后的控制回路形式。

控制器整定的常用方法之一是内模控制整定法。内模控制具有跟踪调节性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰的影响、设计简单等优点，如图2所示。内模控制与传统反馈控制不同的是在内模控制中引入内部模型，反馈量由输出全反馈变成了扰动的估计量。当G与不完全一致时，将包含模型的失配信息，从而提高控制效果的鲁棒性。

基于上述问题与解决思路，我们提出如图3所示的整定流程，首先根据方框图等效变换的方法，将压水堆蒸汽发生器液位控制系统等效转化为串级三冲量控制回路，并基于等效转换得到串级三冲量控制回路控制器参数与原控制器参数之间的数值关系；然后，基于内模控制设计方法，整定等效串级控制回路；最后再将根据等效变换求取原液位控制系统的参数，完成整定。

发明内容

基于上述液位控制系统结构耦合所带来的问题，本发明提出一种基于内模控制的压水堆蒸汽发生器液位控制系统整定方法，可以有效解决液位控制系统中各环节的耦合，并得到各环节参数的数值整定结果。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于内模控制的压水堆蒸汽发生器液位控制系统整定方法，包括如下步骤：

(1)利用方框图等效变换，将压水堆蒸汽发生器液位控制系统等效转化为串级三冲量控制系统结构；

(2)利用(1)中等效转换后的串级三冲量控制回路，得到等效转换后的主副回路控制器参数与原液位控制回路中各环节参数之间的数值关系。

(3)基于内模控制理论，设计等效串级三冲量控制回路中的主回路和副回路控制器参数整定步骤：先进行副回路控制器整定，完成后将副回路整体近似为一阶环节进行主回路控制器整定。

(4)根据整定后的等效串级三冲量控制器参数反算压水堆蒸汽发生器液位控制系统各环节参数，完成整定。