CN117574585A - 一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法及系统，根据热管堆的状态监测和故障诊断系统，监测系统运行状态，诊断系统故障，并对状态空间模型进行参数修正；在事故工况下，根据故障诊断结果和修正的预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值，在正常工况下，根据负荷调节需求，确定负荷设定值的目标值，利用冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，建立性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，进行最优化求解，获得最优化的负荷设定值曲线，在保证热管堆安全性的前提下，提升了负荷调节的经济性。

Description

一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法及系统
技术领域
本发明属于核反应堆控制技术领域，具体涉及一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法及系统。
背景技术
核反应堆是一种能以可控方式实现自持链式核裂变反应的装置，并对该装置产生的能量加以利用。而热管堆具有应用场景特殊、运行环境复杂的特点，并且无人值守。在复杂的运行环境下，热管堆系统易发生故障，且无法进行人工排障。对于常规的部分热管失效事故和失流事故等冷阱丧失事故，目前没有合适的应对手段延续热管堆的运行。
为了进一步提高热管堆的运行寿命和经济性，在发生冷阱丧失事故后，可采用减少负荷的方式，降低堆内热工参数，维持反应堆的安全运行。而负荷调节的目标和时间对反应堆安全性和经济性产生较大的影响，负荷降低幅值越大，导致发电功率下降大，降低经济性，负荷降低幅值越小，导致堆内热工参数偏高，影响反应堆安全性。负荷调节速度越慢，在事故后堆内热工参数降低到安全范围内花费的时间越长，负荷调节速度越快，会引入热工参数的变化速率过快带来的安全性影响。此外，在进行正常负荷调节时，调节速率也会对系统的经济性和安全性造成影响。这些因素使得负荷设定值的调节过程十分复杂，负荷设定值曲线的设置难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法及系统，用于解决热管堆在事故工况下缺乏自主运行策略和负荷设定值调节方法和在正常工况下负荷设定值调节缺乏经济性和安全性考虑的技术问题。
本发明采用以下技术方案：
一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，包括以下步骤：
S1、建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；
S2、结合步骤S1得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；
S3、基于步骤S2得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；
S4、基于步骤S2得到的热管堆预测模型，步骤S3得到的负荷设定值目标值设计性能评价函数；
S5、基于步骤S4得到的性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
具体的，步骤S1中，利用热管堆的仿真模型运行数据对热管堆的状态监测和故障诊断系统进行离线训练。
具体的，步骤S2中，基于机理法建立热管堆的动态模型，并在动态模型基础上进行线性化，获得热管堆的状态空间模型，基于步骤S1构建的状态监测和故障诊断系统对热管堆的实时监测，修正热管堆的状态空间模型，以控制系统状态空间模型作为反馈，构成完整的闭环热管堆状态空间模型作为热管堆预测模型。
具体的，步骤S3中，在热管失效和失流的事故工况下，根据故障诊断结果和修正的热管堆预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值。
具体的，步骤S3中，在正常工况下，根据负荷调节需求确定负荷设定值的目标值。
具体的，步骤S4中，根据负荷设定值的目标值，以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，设计性能评价函数。
进一步的，由步骤S3得到的事故工况下或正常工况下的负荷设定值的目标值确定目标负荷EP2，考虑热工参数如冷却剂温度变化速率的安全限值，以及执行机构物理限制，负荷调节的最大速度，也就是最小调节时间大于等于t1，考虑热工参数最高温度限值，负荷调节具有最小速度限值，也就是负荷调节的最大时间应小于等于t2，最优的负荷设定值曲线应处于限值t1和t2之内。
具体的，步骤S5中，基于性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，转换为带约束的二次规划问题，经最优化求解获得最优的负荷设定值曲线。
第二方面，本发明实施例提供了一种热管堆多工况负荷设定值自主调节系统，包括：
诊断模块，建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；
修正模块，结合诊断模块得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；
目标模块，基于修正模块得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；
函数模块，基于修正模块得到的热管堆预测模型，目标模块得到的负荷设定值目标值设计性能评价函数；
调节模块，基于函数模块得到的性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
具体的，目标模块中，在热管失效和失流的事故工况下，根据故障诊断结果和修正的热管堆预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值；在正常工况下，根据负荷调节需求确定负荷设定值的目标值。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，实现热管堆在事故工况和正常工况下的负荷设定值的自主调节，根据热管堆的状态监测和故障诊断系统，监测系统运行状态，诊断系统故障，并基于热管堆实际运行数据对状态空间模型进行参数修正，与控制系统状态空间模型构成完整的预测模型，在事故工况下，利用堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的限值获得负荷设定值的目标值；在正常工况下，以负荷需求作为负荷设定值的目标值，以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标建立性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，对性能评价函数进行最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线。使用该步骤进行热管堆负荷设定值调节，可以大幅提高事故工况下热管堆的经济性，减少热工参数波动对系统安全性的影响，又可以提升正常工况下负荷调节性能。
进一步的，基于状态监测和故障诊断系统，利用热管堆系统的测量信号，实现对热管堆状态的监测和故障类型和故障程度的诊断，可以充分掌握热管堆的运行状态，保证反应堆的安全性。
进一步的，基于机理法建立热管堆动态模型，并进行线性化，获得热管堆状态空间模型，利用故障诊断结果和热管堆的实际测量信号对热管堆状态空间模型的参数进行修正，获得可以对热管堆动态行为实现在线准确模拟的状态空间模型，并与控制系统状态空间模型构成完整的热管堆预测模型，保证了预测模型的理论性和准确性。
进一步的，在事故工况下，根据故障诊断结果和修正的预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值，保证事故工况下热管堆的安全性。
进一步的，在正常工况下，根据负荷调节需求，确定负荷设定值的目标值，保证反应堆负荷调节的准确性。
进一步的，根据负荷设定值的目标值，以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，设计性能评价函数，在保证负荷调节速度的同时减小堆内热工参数波动，保证反应堆的安全性。
进一步的，基于性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，转换为带约束的二次规划问题，并进行最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，保证了反应堆的安全性和优化方法的理论性。
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明能够根据核反应堆实时运行状态，自主选取合适的负荷设定值曲线，在保证反应堆安全的前提下，大幅提高热管堆的经济性，减少热工参数波动对系统安全性的影响，提升正常工况下负荷调节性能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明总体框架图；
图2为故障诊断流程图；
图3为预测模型修正流程图；
图4为发生故障后不进行负荷调节的温度响应图，其中，(a)为电功率响应曲线，(b)为冷却剂出口温度响应曲线；
图5为发生故障后进行负荷阶跃调节的温度响应图，其中，(a)为电功率响应曲线，(b)为冷却剂出口温度响应曲线；
图6为负荷设定值曲线选取示意图；
图7为负荷设定值曲线自主调节的温度响应图，其中，(a)为电功率响应曲线，(b)为冷却剂出口温度响应曲线；
图8为本发明一实施例提供的计算机设备的示意图。
图9为本发明根据一实施例提供的一种芯片的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，利用热管堆状态监测与故障诊断系统和含有控制系统的热管堆预测模型，实现核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值自主调节；根据热管堆的状态监测和故障诊断系统，监测系统运行状态，诊断系统故障，并基于热管堆实际运行数据对状态空间模型进行参数修正，与控制系统状态空间模型构成完整的预测模型。在事故工况下，根据故障诊断结果和修正的预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值，在正常工况下，根据负荷调节需求，确定负荷设定值的目标值，利用冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，建立性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，进行最优化求解，获得最优化的负荷设定值曲线，在保证热管堆安全性的前提下，提升了负荷调节的经济性。
请参阅图1，为热管堆多工负荷设定值调节方法的总体框架图，建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于模型运行数据进行离线训练，根据实际测量数据，判断热管堆的运行状态，诊断系统故障；利用热管堆动态机理模型，获得状态空间模型，并基于系统运行状态监测结果对热管堆状态空间模型进行修正，与控制系统构成完整的预测模型，事故工况下，根据系统故障和修正的预测模型，利用堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的限值获得负荷设定值的目标值；正常工况下，根据负荷需求获得负荷设定值的目标值；以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标建立性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，通过最优化求解，获得最优化的负荷设定值曲线。
本发明一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，包括以下步骤：
S1、基于状态监测和故障诊断需求，建立状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，实现对热管堆运行状态的监测以及故障类型和故障程度的诊断；
请参阅图2，为热管堆状态监测和故障诊断系统流程图，基于机理法建立能够模拟故障工况的热管堆机理模型，利用热管堆的仿真模型运行数据对状态监测和故障诊断系统进行离线训练，并将训练好的故障诊断系统用于热管堆系统，基于热管堆的实际测量信号，对其运行状态进行监测，对故障进行诊断，判断故障类型和故障程度。
S2、基于机理法建立热管堆的状态空间模型，并基于步骤S1的故障诊断结果和热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，对热管堆动态行为实现在线准确模拟，并与控制系统状态空间模型构成完整的热管堆预测模型；
请参阅图3，热管堆预测模型的获取和修正流程图，首先基于机理法建立热管堆的动态模型，并在此动态模型基础上进行线性化，获得热管堆的状态空间模型，基于状态监测和故障诊断系统对热管堆的实时监测，修正热管堆的状态空间模型，以控制系统状态空间模型作为反馈，构成完整的闭环热管堆状态空间模型，以此作为预测模型。
S3、基于步骤S2的热管堆预测模型，在热管失效和失流的事故工况下，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的限值作为限制条件，获得负荷设定值的目标值；在正常工况下，以负荷需求作为负荷设定值的目标值；
请参阅图4，在发生冷阱丧失事故如部分热管失效时，由于散热能力下降，反应堆的热工参数上升，若不进行负荷调节，冷却剂温度等热工参数持续上升，并将超出安全限值，影响反应堆安全性。
请参阅图5，为避免这些热工参数超出安全限值，进行负荷调节，降低输出电功率。负荷调节的目标值的选择，需兼顾反应堆的安全性和经济性，在保证反应堆热工参数不超安全限值的情况下，尽量提升输出电功率，保证反应堆经济性。因此，事故工况下，需要根据修正的预测模型，以热工参数的安全限值为基本要求，选择负荷调节的目标值；在正常工况下，以负荷需求作为负荷设定值的目标值。
S4、基于步骤S2的热管堆预测模型，步骤S3的负荷设定值目标值，以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，设计性能评价函数；
请参阅图6，由步骤S3获得的事故工况下或正常工况下的负荷设定值的目标值，确定目标负荷EP2，同时，考虑到热工参数如冷却剂温度变化速率的安全限值，以及执行机构如控制鼓转速等物理限制，负荷调节的最大速度，也就是最小调节时间，应不小于t1。考虑到热工参数最高温度限值，负荷调节具有最小速度限值，也就是负荷调节的最大时间应不大于t2。因此，最优的负荷设定值曲线应处于两个限值之内。以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，以此作为性能评价函数。
S5、基于步骤S4的性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线。
基于性能评价函数和状态空间形式的预测模型，将性能评价函数转换为二次型，依托于状态空间模型，对该二次规划问题进行滚动优化求解，计算获得最优的负荷设定值曲线。
本发明再一个实施例中，提供一种热管堆多工况负荷设定值自主调节系统，该系统能够用于实现上述热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，具体的，该热管堆多工况负荷设定值自主调节系统包括诊断模块、修正模块、目标模块、函数模块以及调节模块。
其中，诊断模块，建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；
修正模块，结合诊断模块得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；
目标模块，基于修正模块得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；
在热管失效和失流的事故工况下，根据故障诊断结果和修正的热管堆预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值；在正常工况下，根据负荷调节需求确定负荷设定值的目标值。
函数模块，基于修正模块得到的热管堆预测模型，目标模块得到的负荷设定值目标值设计性能评价函数；
调节模块，基于函数模块得到的性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于热管堆多工况负荷设定值自主调节方法的操作，包括：
建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；结合得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；基于得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；基于得到的热管堆预测模型和负荷设定值目标值设计性能评价函数；基于性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
请参阅图8，终端设备为计算机设备，该实施例的计算机设备60包括：处理器61、存储器62以及存储在存储器62中并可在处理器61上运行的计算机程序63，该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例中的储层改造井筒中流体组成计算方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例热管堆多工况负荷设定值自主调节系统中各模型/单元的功能，为避免重复，此处不一一赘述。
计算机设备60可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备60可包括，但不仅限于，处理器61、存储器62。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是计算机设备60的示例，并不构成对计算机设备60的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器61可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器62可以是计算机设备60的内部存储单元，例如计算机设备60的硬盘或内存。存储器62也可以是计算机设备60的外部存储设备，例如计算机设备60上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
进一步地，存储器62还可以既包括计算机设备60的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器62用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序和数据。存储器62还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
请参阅图9，终端设备为芯片，该实施例的芯片600包括处理器622，其数量可以为一个或多个，以及存储器632，用于存储可由处理器622执行的计算机程序。存储器632中存储的计算机程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理器622可以被配置为执行该计算机程序，以执行上述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法。
另外，芯片600还可以包括电源组件626和通信组件650，该电源组件626可以被配置为执行芯片600的电源管理，该通信组件650可以被配置为实现芯片600的通信，例如，有线或无线通信。此外，该芯片600还可以包括输入/输出(I/O)接口658。芯片600可以操作基于存储在存储器632的操作系统。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关热管堆多工况负荷设定值自主调节方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；结合得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；基于得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；基于得到的热管堆预测模型和负荷设定值目标值设计性能评价函数；基于性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图7，将基于本发明方法获得的负荷设定值曲线应用于动态仿真模型中，在发生热管失效事故后，负荷根据特定设定值曲线下降，冷却剂温度的最大值和最大变化速率均控制在安全限值内，表明基于该方法获得负荷设定值曲线可以应用于实际系统中，并且能够保证反应堆的安全性和经济性。
综上所述，本发明一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法及系统，基于故障诊断系统和预测模型实现负荷设定值的自主调节，可以用于实际系统中，并具有良好的调节性能，在保证热管堆安全性的前提下，提升了负荷调节的经济性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；
S2、结合步骤S1得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；
S3、基于步骤S2得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；
S4、基于步骤S2得到的热管堆预测模型，步骤S3得到的负荷设定值目标值设计性能评价函数；
S5、基于步骤S4得到的性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
2.根据权利要求1所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，步骤S1中，利用热管堆的仿真模型运行数据对热管堆的状态监测和故障诊断系统进行离线训练。
3.根据权利要求1所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，步骤S2中，基于机理法建立热管堆的动态模型，并在动态模型基础上进行线性化，获得热管堆的状态空间模型，基于步骤S1构建的状态监测和故障诊断系统对热管堆的实时监测，修正热管堆的状态空间模型，以控制系统状态空间模型作为反馈，构成完整的闭环热管堆状态空间模型作为热管堆预测模型。
4.根据权利要求1所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，步骤S3中，在热管失效和失流的事故工况下，根据故障诊断结果和修正的热管堆预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值。
5.根据权利要求1所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，步骤S3中，在正常工况下，根据负荷调节需求确定负荷设定值的目标值。
6.根据权利要求1所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，步骤S4中，根据负荷设定值的目标值，以冷却剂温度变化速率、功率变化速率和执行机构出力作为性能评价指标，设计性能评价函数。
7.根据权利要求6所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，由步骤S3得到的事故工况下或正常工况下的负荷设定值的目标值确定目标负荷EP2，考虑热工参数如冷却剂温度变化速率的安全限值，以及执行机构物理限制，负荷调节的最大速度，也就是最小调节时间大于等于t1，考虑热工参数最高温度限值，负荷调节具有最小速度限值，也就是负荷调节的最大时间应小于等于t2，最优的负荷设定值曲线应处于限值t1和t2之内。
8.根据权利要求1所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节方法，其特征在于，步骤S5中，基于性能评价函数，以功率变化速率限值、冷却剂温度变化速率限值以及执行机构动作限值为限制条件，转换为带约束的二次规划问题，经最优化求解获得最优的负荷设定值曲线。
9.一种热管堆多工况负荷设定值自主调节系统，其特征在于，包括：
诊断模块，建立热管堆的状态监测和故障诊断系统，基于热管堆的实际测量信号，对热管堆的运行状态进行监测，诊断得到故障类型和故障程度；
修正模块，结合诊断模块得到的故障类型和故障程度，以及热管堆的实际运行数据，对热管堆的状态空间模型进行参数修正，构成完整的热管堆预测模型；
目标模块，基于修正模块得到的热管堆预测模型，确定热管失效和失流的事故工况下，以及正常工况下负荷设定值的目标值；
函数模块，基于修正模块得到的热管堆预测模型，目标模块得到的负荷设定值目标值设计性能评价函数；
调节模块，基于函数模块得到的性能评价函数进行二次规划最优化求解，获得最优的负荷设定值曲线，对核反应堆在正常工况和事故工况下负荷设定值进行自主调节。
10.根据权利要求9所述的热管堆多工况负荷设定值自主调节系统，其特征在于，目标模块中，在热管失效和失流的事故工况下，根据故障诊断结果和修正的热管堆预测模型，以堆芯燃料温度、冷却剂温度和功率的安全限值为条件，确定负荷设定值的目标值；在正常工况下，根据负荷调节需求确定负荷设定值的目标值。
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