核电站除氧器控制系统性能评估.doc

上海交通大学 硕士学位论文 核电站除氧器控制系统性能评估 姓名：刘芳 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：胡立核电站除氧器控制系统性能评估 摘要 核能是一种清洁、高效的新型能源。发展核电产业，提高核电在我国电力供应中的比重有利于保障国家能源安全，对我国经济的长期可持续发展有重要作用。由于核反应自身的特点，核电站对安全的要求非常高，重大事故的概率不应大于10－9次/年，为了达到这一要求，必须从每个设备入手，消除一切隐患。除氧器系统是核电站二回路的重要组成部分，它的控制性能的下降将直接导致给水品质恶化、流量波动，严重时会危及系统安全。如何评估控制系统的性能，预报故障的发生，并诊断引起控制性能下降的原因，已经引起了学术界和工业界的广泛重视，本文在这方面进行的研究具有一定的实际意义。 本文以最小方差作为基准，以白化与自相关分析(FCOR)算法对除氧器控制系统性能进行评估。主要工作包括： 首先，从工程应用的角度出发，讨论了应用FCOR法时，采样周期，时滞阶数，数据长度，白化模型等因素对性能指标的影响，并给出了针对除氧器系统的最优参数。 其次，将这种算法应用于除氧器控制性能的实时评估，对由此产生的数据有效性、白化模型的有效性及性能指标的数值调整等问题进行了讨论。在此基础上，为了判断引起除氧器系统实时性能指标下降的原因，提出在扰动特性不变及系统特性不变两种假设情况下分别计算性能指标，利用两种指标变化的先后顺序对除氧器进行初步故障诊断的方法。该方法是建立在利用FCOR法计算性能指标且系统本身具有大滞后的基础上的，是理论方法与系统特性相结合的产物。 最后，通过对性能指标的统计规律的分析，定量地给出了可以接受的控制性能指标的下限，并指出性能指标通常在异常扰动发生前已经达到或小于可接受的极限，可以利用这个特点进行故障的早期预报，进一步提高系统的安全性。 关键词：除氧器,性能评估,实时性,故障诊断，统计特 1.1课题的背 随着经济的发展，人类对能源的需求越来越大，石油，煤炭等传统能源已经不能满足人们的需要。出于政治、经济、环境等多方面考虑，我国政府将核能作为下一步重点开发的新能源，并列入“十一五政府发展计划纲要”，从政策、资金等多方面给予支持，我国的核能应用进入了一个新的阶段，迎来了快速发展的春天。 核能作为一种新型能源，具有清洁、高效的特点(一千克核裂变释放的能量相当于3吨煤充分燃烧的能量)。核裂变的原材料铀在海洋中储量丰富，经提取后，便于运输，因此核电站的选址受自然条件的影响较小(如水电站要考虑水流量及落差，火电站要考虑与产煤区的距离及燃烧对环境造成的影响等)，可以应用于水力、火力发电资源不足的地区，一旦并网发电，成本较低，在我国有广阔的应用前景。由于核反应自身的特点，核电站对控制系统的性能提出了非常高的要求，尤其在切尔诺贝利核电站事故之后，人们更是认识到了核泄露的危害，目前要求核电站的重大事故的概率不应大于10－9 次/年[1]。，为了达到这一要求，必须从每个设备入手，消除一切隐患。 核电站二回路除氧器系统是核电站重要子系统，担负着去除二回路给水中的氧气，防止热力管道腐蚀的重要作用，同时，它还是重要的储水容器，它的液位调节能力保证了进入蒸汽发生器的给水的流量稳定，其运行情况直接影响核电站运行安全。在秦山三期核电站的实际运行过程中，曾观测到进入除氧器的给水流量的异常波动。这种波动的幅度较大，持续的时间较短，通过除氧器液位调节，目前还没有对进入蒸汽发生器的给水流量造成直接的影响，对除氧器液位的影响也在可以接受的范围内，但由于原因不明，构成了核电站运行安全的隐患。为了保证核电站运行安全，如何找到一种方法确定异常出现的原因并及时的加以排除，具有十分重要的实际意义。 1.2控制性能评估方法的发展及应用现状 最早的性能评估的理论与方法是?str?m[2]在1978年提出的，但是当时并未引起工程界更多的注意，理论界也将更多的工作重点放在开发新的控制算法，提高过程模型辩识精度上。随着工业的发展，人们越来越认识到单纯开发新的控制器对控制品质的提升是有限的，而控制器控制性能的恶化对生产带来的不利影响却是巨大的，有研究表明，全世界有60％的控制器存在这样那样的问题[3]，如何保证已有的控制器的控制性能不随时间恶化变成人们的迫切要求。随着数据采集、存储技术的发展，尤其是DCS系统的广泛应用，人们可以获得大量过程数据，这些数据毫无疑问包含了能够反映设备运行状况的信息，如何将这些信息提取出来，从而为人们的生产活动提供指导成为了新的研究重点。 1989年Harris[4]指出了如何应用简单的时序分析工具，由SISO系统的常规操作数据得到反馈控制无关量的适当表达的方法，并用其作为基准评估控制回路性能，这标志着控制回路性能监控领域新