A Study and Optimization of Nuclear Power Facility Control Systems with the Use of Simulation Models
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-6-122-131Keywords:
automatic control system, simulation model, nonlinearities, tuning, controller, differentiator, turbine main servo motor, control member, steam pressure, optimality criterion, objective functionAbstract
Matters concerned with development of a fully variable nonlinear simulation model of a double-loop system for automatically controlling the steam pressure in the main steam header (MSH) of a VVER type reactor based NPP power unit’s secondary circuit are considered. A two-stage procedure for optimizing the control system dynamic tuning is described, which uses the linear system frequency analysis method at the first stage and a numerical simulation and optimization method at the second stage, which takes into account the nonlinearities of the control equipment and control object. An evolutionary algorithm of multiparametric optimization with respect to a complex optimality indicator than takes into account the specific requirements for the system is used. The system performance efficiency in a wide range of the power unit outputs has been studied.
References
1. Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1983.
2. Пикина Г.А., Ле Ван Дин, Пащенко Ф.Ф. Модели динамики реактора ВВЭР с мощностным коэффициентом реактивности // Вестник МЭИ. 2016. № 2. С. 75—83.
3. Лабутин А.Н. и др. Нелинейная система каскадно-связанного управления тепловым режимом химического реактора // Aвтоматизация и моделирование в проектировании и управлении. № 3. 2019. С. 41—48.
4. Зверьков В.П., Кузищин В.Ф., Петроченко Ю.Н. Моделирование систем управления технологическими процессами в среде Matlab/Simulink. Одноконтурные системы. М.: Изд-во МЭИ, 2018.
5. Тугашова Л.Г. Исследование возможности управления процессом ректификации нефти с применением типовых регуляторов // Вестник ЮУГУ. 2016. № 3(16). С. 120—131.
6. Нестеров Ю.В., Александрова Н.Д., Пикин М.А., Добрый Е.Н. Модельные исследования системы автоматического регулирования давления пара в главном паровом коллекторе энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-440 // Энергетик. 2014. № 11. С. 30—33.
7. Раскин Е.М., Денисова Л.А., Шипилова Ж.В. Система регулирования давления в главном паровом коллекторе энергоблока АЭС // Омский научный сборник. 2010. № 3(93). С. 209—214.
8. Надточий П.Н., Федосеев М.И., Денисова Л.А. Среда проектирования ТЕПРОЛ для разработки и моделирования систем управления // Автоматизация в промышленности. 2019. № 10. С. 60—64.
9. Пипченко Г.Р. и др. Применение полномасштабных моделей энергоблока АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 для расчетного моделирования пусконаладочных испытаний // Тяжелое машиностроение. 2016. № 7—8. С. 36—41.
10. Денисова Л.А. Моделирование и оптимизация системы регулирования питания парогенератора энергоблока АЭС // Автоматизация в промышленности. 2013. № 7. С. 14—19.
11. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоавтомиздат, 1985.
12. Бочкарева Е.Ю., Кузищин В.Ф. Настройка длительности импульсов регуляторов с исполнительным механизмом постоянной скорости // Новое в Российской электроэнергетике. 2009. № 9. С. 35—47.
13. Зорин В.М. Атомные электростанции. М.: Издат. дом МЭИ, 2012.
14. Андрюшин А.В., Сабанин В.Р., Смирнов Н.И. Управление и инноватика в теплоэнергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2011.
15. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972.
16. Миронов В.Д. Регулирование с опережающим импульсом // Известия ВТИ. 1948. № 8. С. 1—6.
17. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004610862. Универсальная программа для оптимизации многоэкстремальных задач «Optim-MGA» / Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И.
18. Денисова Л.А., Мещеряков В.А. Системы регулирования объектов теплоэнергетики: разработка и многокритериальная оптимизация с использованием генетических алгоритмов // Автоматизация в промышленности. 2017. № 9. С. 23—30
---
Для цитирования: Зверьков В.П., Кузищин В.Ф., Сабанин В.Р. Исследование и оптимизация систем управления объектами атомной энергетики на основе имитационных моделей // Вестник МЭИ. 2021. № 6. С. 122—131. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-122-131
#
1. Plyutinskiy V.I., Pogorelov V.I. Avtomaticheskoe Upravlenie i Zashchita Teploenergeticheskikh Ustanovok AES. M.: Energoatomizdat, 1983. (in Russian).
2. Pikina G.A., Le Van Din, Pashchenko F.F. Modeli Dinamiki Reaktora VVER s Moshchnostnym Koeffitsientom Reaktivnosti. Vestnik MEI. 2016;2:75—83. (in Russian).
3. Labutin A.N. i dr. Nelineynaya Sistema Kaskadno-svyazannogo Upravleniya Teplovym Rezhimom Khimicheskogo Reaktora. Avtomatizatsiya i Modelirovanie v Proektirovanii i Upravlenii;3. 2019:41—48. (in Russian).
4. Zver'kov V.P., Kuzishchin V.F., Petrochenko Yu.N. Modelirovanie Sistem Upravleniya Tekhnologicheskimi Protsessami v Srede Matlab/Simulink. Odnokonturnye Sistemy. M.: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
5. Tugashova L.G. Issledovanie Vozmozhnosti Upravleniya Protsessom Rektifikatsii Nefti s Primeneniem Tipovykh Regulyatorov. Vestnik YUUGU. 2016;3(16):120—131. (in Russian).
6. Nesterov Yu.V., Aleksandrova N.D., Pikin M.A., Dobryy E.N. Model'nye Issledovaniya Sistemy Avtomaticheskogo Regulirovaniya Davleniya Para v Glavnom Parovom Kollektore Energobloka AES s Reaktorom VVER-440. Energetik. 2014;11:30—33. (in Russian).
7. Raskin E.M., Denisova L.A., Shipilova Zh.V. Sistema Regulirovaniya Davleniya v Glavnom Parovom Kollektore Energobloka AES. Omskiy Nauchnyy Sbornik. 2010;3(93):209—214. (in Russian).
8. Nadtochiy P.N., Fedoseev M.I., Denisova L.A. Sreda Proektirovaniya TEPROL dlya Razrabotki i Modelirovaniya Sistem Upravleniya. Avtomatizatsiya v Promyshlennosti. 2019;10:60—64. (in Russian).
9. Pipchenko G.R. i dr. Primenenie Polnomasshtabnykh Modeley Energobloka AES s Reaktorami tipa VVER-1000 dlya Raschetnogo Modelirovaniya Puskonaladochnykh Ispytaniy. Tyazheloe Mashinostroenie. 2016;7—8:36—41. (in Russian).
10. Denisova L.A. Modelirovanie i Optimizatsiya Sistemy Regulirovaniya Pitaniya Parogeneratora Energobloka AES. Avtomatizatsiya v Promyshlennosti. 2013;7:14—19. (in Russian).
11. Rotach V.Ya. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya Teploenergeticheskimi Protsessami. M.: Energoavtomizdat, 1985. (in Russian).
12. Bochkareva E.Yu., Kuzishchin V.F. Nastroyka Dlitel'nosti Impul'sov Regulyatorov s Ispolnitel'nym Mekhanizmom Postoyannoy Skorosti. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2009;9:35—47. (in Russian).
13. Zorin V.M. Atomnye Elektrostantsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2012. (in Russian).
14. Andryushin A.V., Sabanin V.R., Smirnov N.I. Upravlenie i Innovatika v Teploenergetike. M.: Izd-vo MEI, 2011. (in Russian).
15. Stefani E.P. Osnovy Rascheta Nastroyki Regulyatorov Teploenergeticheskikh Protsessov. M.: Energiya, 1972. (in Russian).
16. Mironov V.D. Regulirovanie s Operezhayushchim Impul'som. Izvestiya VTI. 1948;8:1—6. (in Russian).
17. Svidetel'stvo ob Ofitsial'noy Registratsii Programmy dlya EVM № 2004610862. Universal'naya Programma dlya Optimizatsii Mnogoekstremal'nykh Zadach «Optim-MGA» / Sabanin V.R., Smirnov N.I., Repin A.I. (in Russian).
18. Denisova L.A., Meshcheryakov V.A. Sistemy Regulirovaniya Ob′ektov Teploenergetiki: Razrabotka i Mnogokriterial'naya Optimizatsiya s Ispol'zovaniem Geneticheskikh Algoritmov. Avtomatizatsiya v Promyshlennosti. 2017;9:23—30. (in Russian).
---
For citation: Zver′kov V.P., Kuzishchin V.F., Sabanin V.R. A Study and Optimization of Nuclear Power Facility Control Systems with the Use of Simulation Models. Bulletin of MPEI. 2021;6:122—131. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-122-131
2. Пикина Г.А., Ле Ван Дин, Пащенко Ф.Ф. Модели динамики реактора ВВЭР с мощностным коэффициентом реактивности // Вестник МЭИ. 2016. № 2. С. 75—83.
3. Лабутин А.Н. и др. Нелинейная система каскадно-связанного управления тепловым режимом химического реактора // Aвтоматизация и моделирование в проектировании и управлении. № 3. 2019. С. 41—48.
4. Зверьков В.П., Кузищин В.Ф., Петроченко Ю.Н. Моделирование систем управления технологическими процессами в среде Matlab/Simulink. Одноконтурные системы. М.: Изд-во МЭИ, 2018.
5. Тугашова Л.Г. Исследование возможности управления процессом ректификации нефти с применением типовых регуляторов // Вестник ЮУГУ. 2016. № 3(16). С. 120—131.
6. Нестеров Ю.В., Александрова Н.Д., Пикин М.А., Добрый Е.Н. Модельные исследования системы автоматического регулирования давления пара в главном паровом коллекторе энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-440 // Энергетик. 2014. № 11. С. 30—33.
7. Раскин Е.М., Денисова Л.А., Шипилова Ж.В. Система регулирования давления в главном паровом коллекторе энергоблока АЭС // Омский научный сборник. 2010. № 3(93). С. 209—214.
8. Надточий П.Н., Федосеев М.И., Денисова Л.А. Среда проектирования ТЕПРОЛ для разработки и моделирования систем управления // Автоматизация в промышленности. 2019. № 10. С. 60—64.
9. Пипченко Г.Р. и др. Применение полномасштабных моделей энергоблока АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 для расчетного моделирования пусконаладочных испытаний // Тяжелое машиностроение. 2016. № 7—8. С. 36—41.
10. Денисова Л.А. Моделирование и оптимизация системы регулирования питания парогенератора энергоблока АЭС // Автоматизация в промышленности. 2013. № 7. С. 14—19.
11. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоавтомиздат, 1985.
12. Бочкарева Е.Ю., Кузищин В.Ф. Настройка длительности импульсов регуляторов с исполнительным механизмом постоянной скорости // Новое в Российской электроэнергетике. 2009. № 9. С. 35—47.
13. Зорин В.М. Атомные электростанции. М.: Издат. дом МЭИ, 2012.
14. Андрюшин А.В., Сабанин В.Р., Смирнов Н.И. Управление и инноватика в теплоэнергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2011.
15. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972.
16. Миронов В.Д. Регулирование с опережающим импульсом // Известия ВТИ. 1948. № 8. С. 1—6.
17. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004610862. Универсальная программа для оптимизации многоэкстремальных задач «Optim-MGA» / Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И.
18. Денисова Л.А., Мещеряков В.А. Системы регулирования объектов теплоэнергетики: разработка и многокритериальная оптимизация с использованием генетических алгоритмов // Автоматизация в промышленности. 2017. № 9. С. 23—30
---
Для цитирования: Зверьков В.П., Кузищин В.Ф., Сабанин В.Р. Исследование и оптимизация систем управления объектами атомной энергетики на основе имитационных моделей // Вестник МЭИ. 2021. № 6. С. 122—131. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-122-131
#
1. Plyutinskiy V.I., Pogorelov V.I. Avtomaticheskoe Upravlenie i Zashchita Teploenergeticheskikh Ustanovok AES. M.: Energoatomizdat, 1983. (in Russian).
2. Pikina G.A., Le Van Din, Pashchenko F.F. Modeli Dinamiki Reaktora VVER s Moshchnostnym Koeffitsientom Reaktivnosti. Vestnik MEI. 2016;2:75—83. (in Russian).
3. Labutin A.N. i dr. Nelineynaya Sistema Kaskadno-svyazannogo Upravleniya Teplovym Rezhimom Khimicheskogo Reaktora. Avtomatizatsiya i Modelirovanie v Proektirovanii i Upravlenii;3. 2019:41—48. (in Russian).
4. Zver'kov V.P., Kuzishchin V.F., Petrochenko Yu.N. Modelirovanie Sistem Upravleniya Tekhnologicheskimi Protsessami v Srede Matlab/Simulink. Odnokonturnye Sistemy. M.: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
5. Tugashova L.G. Issledovanie Vozmozhnosti Upravleniya Protsessom Rektifikatsii Nefti s Primeneniem Tipovykh Regulyatorov. Vestnik YUUGU. 2016;3(16):120—131. (in Russian).
6. Nesterov Yu.V., Aleksandrova N.D., Pikin M.A., Dobryy E.N. Model'nye Issledovaniya Sistemy Avtomaticheskogo Regulirovaniya Davleniya Para v Glavnom Parovom Kollektore Energobloka AES s Reaktorom VVER-440. Energetik. 2014;11:30—33. (in Russian).
7. Raskin E.M., Denisova L.A., Shipilova Zh.V. Sistema Regulirovaniya Davleniya v Glavnom Parovom Kollektore Energobloka AES. Omskiy Nauchnyy Sbornik. 2010;3(93):209—214. (in Russian).
8. Nadtochiy P.N., Fedoseev M.I., Denisova L.A. Sreda Proektirovaniya TEPROL dlya Razrabotki i Modelirovaniya Sistem Upravleniya. Avtomatizatsiya v Promyshlennosti. 2019;10:60—64. (in Russian).
9. Pipchenko G.R. i dr. Primenenie Polnomasshtabnykh Modeley Energobloka AES s Reaktorami tipa VVER-1000 dlya Raschetnogo Modelirovaniya Puskonaladochnykh Ispytaniy. Tyazheloe Mashinostroenie. 2016;7—8:36—41. (in Russian).
10. Denisova L.A. Modelirovanie i Optimizatsiya Sistemy Regulirovaniya Pitaniya Parogeneratora Energobloka AES. Avtomatizatsiya v Promyshlennosti. 2013;7:14—19. (in Russian).
11. Rotach V.Ya. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya Teploenergeticheskimi Protsessami. M.: Energoavtomizdat, 1985. (in Russian).
12. Bochkareva E.Yu., Kuzishchin V.F. Nastroyka Dlitel'nosti Impul'sov Regulyatorov s Ispolnitel'nym Mekhanizmom Postoyannoy Skorosti. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2009;9:35—47. (in Russian).
13. Zorin V.M. Atomnye Elektrostantsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2012. (in Russian).
14. Andryushin A.V., Sabanin V.R., Smirnov N.I. Upravlenie i Innovatika v Teploenergetike. M.: Izd-vo MEI, 2011. (in Russian).
15. Stefani E.P. Osnovy Rascheta Nastroyki Regulyatorov Teploenergeticheskikh Protsessov. M.: Energiya, 1972. (in Russian).
16. Mironov V.D. Regulirovanie s Operezhayushchim Impul'som. Izvestiya VTI. 1948;8:1—6. (in Russian).
17. Svidetel'stvo ob Ofitsial'noy Registratsii Programmy dlya EVM № 2004610862. Universal'naya Programma dlya Optimizatsii Mnogoekstremal'nykh Zadach «Optim-MGA» / Sabanin V.R., Smirnov N.I., Repin A.I. (in Russian).
18. Denisova L.A., Meshcheryakov V.A. Sistemy Regulirovaniya Ob′ektov Teploenergetiki: Razrabotka i Mnogokriterial'naya Optimizatsiya s Ispol'zovaniem Geneticheskikh Algoritmov. Avtomatizatsiya v Promyshlennosti. 2017;9:23—30. (in Russian).
---
For citation: Zver′kov V.P., Kuzishchin V.F., Sabanin V.R. A Study and Optimization of Nuclear Power Facility Control Systems with the Use of Simulation Models. Bulletin of MPEI. 2021;6:122—131. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-6-122-131
Downloads
Published
2021-03-15
Issue
Section
Automation and Control of Technological Processes and Production (05.13.06)
