液态熔盐堆堆芯功率内模控制器设计与仿真

曾文杰，朱伟聪，谢金森，姜庆丰，于 涛

(南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001)

内模控制具有响应速度快、抗干扰能力强、结构简单和成本低等优点，目前内模控制已广泛用于电气工程、火电厂、电子通信等领域[1-3]。液态熔盐堆一回路系统是一个非线性的复杂系统，设计一个性能良好的堆芯功率控制器对实现一回路系统的稳定运行至关重要[4]。

为研究液态熔盐堆堆芯功率控制，本文采用集总参数法建立熔盐实验堆一回路非线性模型[5]，并采用微扰理论对非线性模型进行线性化处理，建立系统线性化模型。在此基础上，根据内模控制理论[6-9]，设计液态熔盐堆堆芯功率内模控制器[9-15]，以熔盐实验堆MSRE为对象进行控制器仿真分析。

1 液态熔盐堆一回路模型

由于液态熔盐堆堆芯燃料具有流动性，堆芯出口处燃料温度经过时间延迟后作为热交换器一次侧入口温度，热交换器一次侧出口温度经过时间延迟后作为堆芯进口处燃料温度，从而可更准确地模拟系统温度在瞬态过程中的变化。采用集总参数法建立系统非线性模型。

1.1 堆芯动态模型

1) 堆芯物理模型

基于点堆动力学模型，根据中子密度与缓发中子先驱核密度守恒原理，建立堆芯物理模型[5]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：P为反应堆功率；ci为第i组缓发中子先驱核密度；t为时间；ρ为引入堆芯的总反应性；β为缓发中子总份额；βi为第i组缓发中子份额；λi为第i组缓发中子先驱核衰变常量；Λ为堆内中子代时间；τc、τl分别为熔盐燃料在堆内的流动时间和堆外的流动时间。……