核电站蒸汽发生器水位模型预测控制方法研究

项洪一++冯晓露++刘建光++刘道光++于航

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.167

摘 要：随着环境的日益恶化，核能以其清洁、高效等优点成为我国能源战略的重要组成部分之一。目前核能发电占总发电量不到3%。到2020年装机容量将从当前的约23GW增加到58GW，核电站发展前景广阔。蒸汽发生器SG（steam generator）作为核岛的主设备之一，它的液位控制好坏直接影响到核岛的安全运行，目前核电站SG液位普遍采用PID控制，由于SG是一个非线性、时变、非最小相位、存在假水位现象、小稳定裕度的复杂系统，所以在实际的运行中，PID的控制效果比较差。为了解决这些问题，本文对采用模型预测控制算法对SG液位进行控制的可行性进行了研究：首先根据现场机组实际的运行数据，应用浙江大学研发的FRONT-ID多变量闭环模型辨识软件建立SG被控对象数学模型，然后对现有SG液位控制系统的特点进行分析，最后运用MATLAB软件平台设计和搭建SG的MPC模型预测控制系统，并与PID控制系统进行仿真比较。仿真结果表明，MPC的控制效果要明显好于PID控制，减小了蒸汽发生器液位的波动，使蒸汽发生器的液位更好地跟踪设定值。

关键词：模型预测控制 蒸汽发生器水位控制 仿真 模型辨识

中图分类号：TK 172 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0167-04

Model Predictive Control for Nuclear Steam Generator Water Level

Xiang Hongyi Feng Xiaoxia Liu Jianguang Liu Daoguang Yu Hang

（Cnpec adjustable center， Shenzhen Guangdong 518124， China）

Abstract：With the worsening of environment， nuclear power， with its advantages of clean and efficient，become one of the important components of China's energy strategy. nuclear power plant has a very good prospect. Steam generator （SG ） as one of the main equipments of nuclear island， its level control quality directly affects the operation safety of nuclear power unit. At present SG level control in nuclear power plant mainly adopts PID control. SG is a complex system with these characters of nonlinear， time-varying， non-minimum phase， false water level， small stability margin， so in the actual operation， the control effect of PID is relatively poor. In order to solve these problems， the model predictive control method is used to optimize the SG level control in this paper. According to the actual operating data of a nuclear power plant， the FRONT-ID software researched and developed by Zhejiang University is applied to establish the object model of SG. After the analysis on the characteristics and control effect of SG， the contrasting simulation tests between MPC and PID on MATLAB platform are performed in this paper. Simulating results show that the control effect of MPC is better than PID obviously， reducing the level fluctuation of SG and making SG level tracking its set point better.

Key Words：Model predictive control； Steam generator level control； Simulation； Model identification

模型預测控制（MPC）可以处理非方系统，它可以根据优先级[1]控制目标排序。1997年Mayuresh， Metler与Morari等[2]应用模型预测控制（MPC）来控制蒸汽发生器的水位。

近年来国外很多自动化工程公司，已经对模型预测控制技术和策略在生产过程控制中的应用进行了广泛研究，许多预测控制软件已经商品化。……