面向先进反应堆自主运行的上位控制系统设计

未来几十年内部署的先进反应堆将面临放松管制的能源市场，并可能采用灵活运行以提升盈利能力。为助力从基荷到灵活运行模式的转变，自主运行被寄予期望。本工作聚焦于自主运行的控制层面。具体而言，设计了一种分层控制系统，以在常规运行瞬态过程中支持约束执行。该系统集成了数据驱动建模、基于物理的状态观测以及经典控制算法，提供自适应且鲁棒的解决方案。以一座 320 MW 氟冷高温球床反应堆为设计基准来演示该控制系统。分层控制系统由上位层和低层组成。上位层接收改变系统运行工况的请求，并基于已分配的约束接受或拒绝之。发出约束以使电厂保持在最优运行区域内。低层与系统执行机构接口以完成所请求的变更，同时履行跟踪与调节职责。为在上位层接受请求，采用了参考调节器（Reference Governor）算法。为建立反应堆动力学模型，使用了系统辨识算法动态模态分解（Dynamic Mode Decomposition）。为估计无法直接测量的过程变量演化，采用了结合核动力学非线性模型的无迹卡尔曼滤波器（Unscented Kalman Filter）。这些算法的组合实现了在 40% 功率下降瞬态过程中约束执行的数值演示。通过修改约束值并在瞬态中执行，展示了自适应性。通过在噪声环境下执行约束，展示了鲁棒性。