核电机组汽轮机控制系统动态试验平台的研究与开发

摘要

化石能源是目前全球消耗最主要的能源，包括煤、石油、天然气等，属于非可再生能源，随着人类的发展，必然会有枯竭的一天。另一方面，化石能源在使用过程中会排放大量的温室气体和污染环境的烟气，严重的威胁地球的生态环境，影响人类的生活质量。大力发展可再生能源是保护环境最有效的方法，也是当今世界共同的目标。风能和太阳能虽然也是可再生能源，但其不稳定性注定不能大量替代化石能源，核能作为一种清洁而又高效的能源是替代化石能源的最佳选择。核电作为目前使用核能最广泛的方式，已经在被积极推广。但核电的初期建设投资相对火电等大很多，同时，核能在发电过程中的安全性也急需重视。因此，如何降低核电开发阶段的投资并提高核电运行的安全性，对我国核电的积极健康发展有着非常重要的意义。
　　核电汽轮机控制系统作为控制核电汽轮机安全运行的主要设备，其控制的逻辑性和算法的准确性显得尤为重要。而目前大部分的核电汽轮机控制系统都引进自国外，成本比较高，如何使核电汽轮机控制系统国产化是目前核电发展的重要目标。本文所开发的核电汽轮机组控制系统动态试验平台具有两大重要意义:一、能够节约核电汽轮机控制系统在开发阶段的成本;二、能够在开发阶段为核电汽轮机控制系统的算法和策略提供优化思路和方向。
　　本文研究的动态试验平台以某厂1000MW核电汽轮机组为研究对象，以调试该核电汽轮机组控制系统为主要目标。在硬件设计上充分考虑了控制系统所需要的信号类型、信号大小、信号数量，并考虑了汽轮机仿真模型运行平台的可靠性。软件设计上，建立了核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机通流以及回热系统在内的动态数学模型，开发了核电机组汽轮机控制系统硬件在环试验平台，并设计了美观简洁的人机交互界面。最后对所开发动态试验平台的软硬件都做了各项测试和仿真试验。
　　软硬件测试结果表明本文选取的采集卡、CPU等硬件设备完全能够胜任目前开发动态试验平台的需求，同时也能满足后期对动态试验平台的扩展和更新。仿真试验结果表明本文所开发的动态仿真模型静态结果准确，动态趋势合理，证明了本文模型的准确性和可行性，能够为核电机组汽轮机控制系统在开发阶段提供实验室动态试验平台，节约控制系统的开发经济成本和时间，并对控制系统的算法和策略进行验证和优化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 核电机组汽轮机动态仿真模型研究现状

1．3 硬件在环仿真的国内外研究现状

1．3．1 硬件在环仿真

1．3．2 国内外研究现状

1．4 本文的主要工作

第二章 核电汽轮机控制系统动态试验平台整体设计方案

2．1 核电机组汽轮机控制系统动态试验平台概述

2．1．1 核电机组的系统结构及功能

2．1．2 汽轮机控制系统

2．1．3 汽轮机控制系统的验收

2．2 汽轮机控制系统动态试验平台需求分析及基本结构

2．2．1 汽轮机控制系统动态试验平台需求分析

2．2．2 汽轮机控制系统动态试验平台基本结构

2．3 基于LabVIEW的汽轮机控制系统动态试验平台整体设计方案

2．3．1 LabVIEW实时仿真环境

2．3．2 汽轮机控制系统动态试验平台整体方案

2．4 本章小结

第三章 核电机组动态特性数学模型设计

3．1 核电厂数学模型总体设计

3．2 一回路系统数学模型

3．2．1 点堆动力学模型

3．2．2 稳压器数学模型

3．2．3 蒸汽发生器数学模型

3．3 二回路系统数学模型

3．3．1 阀体的温度模型

3．3．2 汽轮机通流部分数学模型

3．3．3 汽水分离再热器模型

3．3．4 换热器数学模型

3．3．5 汽轮机转子模型

3．4 本章小结

第四章 动态试验平台软硬件设计

4．1 动态试验平台硬件设计

4．1．1 硬件设计概述

4．1．2 试验平台的信号分析

4．1．3 平台各模块的硬件设计

4．2 动态试验平台软件设计

4．2．1 软件设计概述

4．2．2 核电机组汽轮机动态仿真模型软件

4．2．3 数据采集软件

4．2．4 系统管理软件

4．2．5 后台程序说明

4．3 人机交互界面

4．3．1 参数设置界面

4．3．2 仿真界面

4．3．3 历史数据界面

4．4 本章小结

第五章 动态试验平台的仿真验证及分析

5．1 软硬件系统测试

5．1．1 软件系统测试

5．1．2 硬件系统测试

5．2 核电机组仿真模型试验

5．2．1 核电机组仿真模型静态特性试验及分析

5．2．2 核电机组仿真模型动态特性试验及分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要工作与结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果