Розробка системи автоматизованого управління зміною енерговиділення ЯЕУ з компенсацією виникаючих внутрішніх збурюючих факторів за їх аппроксимаційною моделлю

Автор(и)

  • Олександр Іванович Брунеткін Національний університет «Одеська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-6701-8737
  • Костянтин Вячеславович Беглов Національний університет «Одеська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-5277-2577
  • Максим Віталійович Максимов Інститут Військово-Морських Сил Національного університету "Одеська морська академія", Україна https://orcid.org/0000-0002-7536-2570
  • Володимир Євгенович Баскаков ТОВ EnErTek, Україна https://orcid.org/0000-0003-1632-6120
  • Вікторія Володимирівна Ватаман Національний університет «Одеська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-4403-5814
  • Вікторія Ігорівна Кривда Національний університет «Одеська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-0930-1163

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.258394

Ключові слова:

маневрування потужністю, апроксимація Паде, апроксимаційна модель, ксенонові коливання, реактивність

Анотація

Усвідомлена необхідність утримання у працездатному стані джерел традиційної електрогенерації для диспетчеризації постачання електроенергії від потужностей «зеленої» електрогенерації. Потенційно одним із таких джерел можуть виступати атомні електростанції. Перешкодою для їх використання як учасника диспетчеризації є неможливість маневру потужністю в широкому діапазоні. Однією з причин обмеження діапазону є складність автоматичної компенсації впливу реактивність реактора ксенонових коливань.

Існуючі фізико-математичні моделі для розрахунку параметрів процесів у реакторі внаслідок зміни його потужності через свою складність не можуть бути використані в системах оперативного автоматичного управління. Поставлено завдання побудови апроксимаційної лінійної моделі процесів у реакторі у вигляді передавальної функції.

Для побудови апроксимаційної моделі вирішується обернена задача. Шукана модель будується з умови збігу на деякому часовому інтервалі результатів її вирішення з результатами розгорнутої фізико-математичної моделі. Для цього виконується ряд послідовних дій, що включають апроксимацію результатів розгорнутої фізико-математичної моделі за допомогою ряду, застосування перетворення Лапласа до цього ряду і апроксимація Паде отриманого в просторі зображень ряду.

Запропоновано метод управління та синтезовано систему автоматичного управління (САУ) енерговиділенням ядерної енергетичної установки. Для цього систему управління інтегрована апроксимаційна модель активної зони, що забезпечило можливість регулювання кількісного ступеня стійкості активної зони.

САУ складається із трьох контурів управління. Така структура дозволила компенсувати ксенонові коливання, що виникають.

Також САУ зменшує переміщення регулюючих стрижнів в активній зоні, що зменшує локальні стрибки потужності в ядерному паливі та призводить до збільшення його довговічності

Біографії авторів

Олександр Іванович Брунеткін, Національний університет «Одеська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра програмних і комп'ютерно-інтегрованих технологій

Костянтин Вячеславович Беглов, Національний університет «Одеська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра програмних і комп'ютерно-інтегрованих технологій

Максим Віталійович Максимов, Інститут Військово-Морських Сил Національного університету "Одеська морська академія"

Доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник

Науковий центр

Володимир Євгенович Баскаков, ТОВ EnErTek

Головний інженер проекту

Головний офіс

Вікторія Володимирівна Ватаман, Національний університет «Одеська політехніка»

Аспірант

Кафедра програмних і комп'ютерно-інтегрованих технологій

Вікторія Ігорівна Кривда, Національний університет «Одеська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент, завідувач аспірантури

Відділ аспірантури і докторантури

Посилання

  1. Maksymov, M., Alyokhina, S., Brunetkin, O. (2021). Thermal and Reliability Criteria for Nuclear Fuel Safety. River Publishers, 250.
  2. Yastrebenetskiy, M. A., Rozen, Yu. V., Vinogradskaya, S. V., Dzhonson, G., Eliseev, V. V., Siora, A. A. et. al. (2011). Sistemy upravleniya i zaschity yadernykh reaktorov. Kyiv: Osnova-Print, 768. Available at: http://library.kpi.kharkov.ua/files/new_postupleniya/yastrebenitskiy.pdf
  3. Todortsev, Y., Foshch, T., Nikolsky, M. (2013). Analysis of methods for controlling power unit with a pressurized water reactor in maneuvering. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (66), 3–10. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.19134
  4. Aver'yanova, S. P., Semchenkov, Yu. M., Filimonov, P. E. et. al. (2005). Vnedrenie usovershenstvovannykh algoritmov upravleniya energovydeleniem aktivnoy zony VVER-1000 na Khmel'nitskoy AES. Atomnaya energiya, 98 (6), 414–421. Available at: http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t98-6_2005/go,14/
  5. Mercier, B., Ziliang, Z., Liyi, C., Nuoya, S. (2020). Modeling and control of xenon oscillations in thermal neutron reactors. EPJ Nuclear Sciences & Technologies, 6, 48. doi: https://doi.org/10.1051/epjn/2020009
  6. Wang, L., Zhao, J., Liu, D., Lin, Y., Zhao, Y., Lin, Z. et. al. (2017). Parameter Identification with the Random Perturbation Particle Swarm Optimization Method and Sensitivity Analysis of an Advanced Pressurized Water Reactor Nuclear Power Plant Model for Power Systems. Energies, 10 (2), 173. doi: https://doi.org/10.3390/en10020173
  7. Rady, K., Abouelsoud, A. A., Kotb, S. A., El Metwally, M. M. (2020). Modeling and Estimation of Nuclear Reactor Performance Using Fractional Neutron Point Kinetics with Temperature Effect and Xenon Poisoning. Nuclear Science and Engineering, 194 (7), 572–582. doi: https://doi.org/10.1080/00295639.2020.1755808
  8. Saadatzi, S., Ansarifar, G. (2017). Robust observer-based non-linear control for PWR nuclear reactors with bounded xenon oscillations during load-following operation using two-point nuclear reactor model. International Journal of Nuclear Energy Science and Technology, 11 (1), 22. doi: https://doi.org/10.1504/ijnest.2017.085075
  9. Brunetkin, O., Beglov, K., Brunetkin, V., Maksymov, О., Maksymova, O., Havaliukh, O., Demydenko, V. (2020). Construction of a method for representing an approximation model of an object as a set of linear differential models. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (2 (108)), 66–73. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.220326
  10. Butyrsky, Eu. Yu., Kuvaldin, I. A., Chalkin, V. P. (2010). Multidimensional functions' approximation. Nauchnoe priborostroenie, 20 (2), 82–92. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/approksimatsiya-mnogomernyh-funktsiy
  11. Kolmogorov, A. N. (1956). O predstavlenii nepreryvnykh funktsiy neskol'kikh peremennykh superpozitsiyami nepreryvnykh funktsiy men'shego chisla peremennykh. Izvestiya AN SSSR, 108, 179–182.
  12. Arnol'd, V. I. (1963). O funktsii trekh peremennykh. Izvestiya AN SSSR, 114.
  13. Amat, S., Levin, D., Ruiz-Álvarez, J. (2021). A two-stage approximation strategy for piecewise smooth functions in two and three dimensions. IMA Journal of Numerical Analysis. doi: https://doi.org/10.1093/imanum/drab068
  14. Kolmogorov, A. N. (1957). O predstavlenii nepreryvnykh funktsiy neskol'kikh peremennykh v vide superpozitsiy nepreryvnykh funktsiy odnogo peremennogo i slozheniya. DAN SSSR, 114 (5), 953–956.
  15. Shi, E., Xu, C. (2021). A comparative investigation of neural networks in solving differential equations. Journal of Algorithms & Computational Technology, 15, 174830262199860. doi: https://doi.org/10.1177/1748302621998605
  16. Shimazu, Y. (2008). Xenon Oscillation Control in Large PWRs Using a Characteristic Ellipse Trajectory Drawn by Three Axial Offsets. Journal of Nuclear Science and Technology, 45 (4), 257–262. doi: https://doi.org/10.1080/18811248.2008.9711435
  17. Parhizkari, H., Aghaie, M., Zolfaghari, A., Minuchehr, A. (2015). An approach to stability analysis of spatial xenon oscillations in WWER-1000 reactors. Annals of Nuclear Energy, 79, 125–132. doi: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.01.026
  18. Aver’yanova, S. P., Semchenkov, Y. M., Filimonov, P. E., Gorokhov, A. K., Molchanov, V. L., Korennoi, A. A., Makeev, V. P. (2005). Adoption of Improved Algorithms for Controlling the Energy Release of a VVER-1000 Core at the Khmel’nitskii Nuclear Power Plant. Atomic Energy, 98 (6), 386–393. doi: https://doi.org/10.1007/s10512-005-0222-6
  19. Maksimov, M. V., Tsiselskaya, T. A., Kokol, E. A. (2015). The Method of Control of Nuclear Power Plant with VVER-1000 Reactor in Maneuverable Mode. Journal of Automation and Information Sciences, 47 (6), 17–32. doi: https://doi.org/10.1615/jautomatinfscien.v47.i6.20
  20. Chernyshov, N. N. (2013). Komp'yuternye programmy dlya neytronno-fizicheskogo rascheta yadernykh reaktorov AES. Radioelektronika i informatika, 3 (62). Available at: https://openarchive.nure.ua/handle/document/1380
  21. Chernyshov, N. N. et. al. (2008). Ispol'zovanie komp'yuternykh programm dlya neytronno-fizicheskogo rascheta reaktorov atomnykh elektrostantsiy. Vestnik Nats. tekhn. un-ta "KhPI", 25, 130–137. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/33798
  22. Pleshakova, N. V., Anokhin, A. N. (2012). Analiz oshibok, dopuskaemykh operatorami BSchU AES pri ispol'zovanii ekspluatatsionnykh protsedur. Izvestiya VUZov. Yadernaya energetika, 4, 45–57. Available at: https://www.researchgate.net/publication/265179324_Analiz_osibok_dopuskaemyh_operatorami_BSU_AES_pri_ispolzovanii_ekspluatacionnyh_procedur
  23. Foshch, T., Pelykh, S. (2017). Improved models and method of power change of NPP unit with VVER-1000. Automation of Technological and Business Processes, 9 (1). doi: https://doi.org/10.15673/atbp.v9i1.505
  24. Severin, V. P., Nikulina, E. N., Lyutenko, D. A., Bobukh, E. Y. (2014). The problem of maneuverability of unit of nuclear power plant and development of models of its control systems. Bulletin of the National Tech. University "Kharkov Polytechnic Institute", 61 (1103), 24–29. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/13855
  25. Pelykh, S. N., Maksimov, M. V., Nikolsky, M. V. (2014). A method for minimization of cladding failure parameter accumulation probability in VVER fuel elements. Problems of Atomic Science and Technology, 92 (4), 108–116. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80362

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-30

Як цитувати

Брунеткін, О. І., Беглов, К. В., Максимов, М. В., Баскаков, В. Є., Ватаман, В. В., & Кривда, В. І. (2022). Розробка системи автоматизованого управління зміною енерговиділення ЯЕУ з компенсацією виникаючих внутрішніх збурюючих факторів за їх аппроксимаційною моделлю. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(2 (117), 63–75. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.258394

Номер

Том 3 № 2 (117) (2022): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Olexander Brunetkin, Konstantin Beglov, Maksym Maksymov, Volodymyr Baskakov, Viktoriia Vataman, Viktoriia Kryvda

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.