【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核电系统设备仿真，具体涉及一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统及方法。
技术介绍
1、蒸汽发生器是压水堆核电站中的关键设备，用于将核反应堆堆芯裂变反应所产生的热能通过一回路冷却剂传输至二回路，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机做功并利用发电机将机械能转换成电能。如果对核电厂二回路的蒸汽发生器水位控制不当，将会导致频繁的反应堆停堆。这种源于违反水位安全限值的停堆在反应堆处于低功率水平运行时非常常见，此时的系统显现出强烈的非最小相位系统特性，且流量信号不再可信。因此，对蒸汽发生器进行系统性研究并提升建模精度以及时跟踪反馈其运行状态并对其进行适当控制，可有效减少发生代价高昂的停堆次数。
2、现有的蒸汽发生器水位建模方法主要分为两种：一种是基于能量守恒、动量守恒与质量守恒定律建立的非线性微分时域模型。能够相对精确的模拟出蒸汽发生器实际运行过程中的水位动态变化。另一种是基于热工水力实验辨识的传递函数建模。irving提出的蒸汽发生器水位传递函数模型在控制算法设计过程中被广泛使用。该模型由几个线性模型构成，每个线性模型在特定功率运行点建立。不同功率间的变化过程被当做线性过程处理，降低了数学模型的复杂度。
3、但以上两种建模方法均存在不足，机理建模由于其数学模型复杂程度高，不适于自动控制系统的设计。传递函数模型相对简单，却又很难精准贴合低负荷到高负荷的实际运行数据。因此，本专利技术提出的一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模方法将弥补以上两种方法的不足，在确保数学模型便于控制器设计的同时提升模型的仿真
4、现有专利cn118409514a公开了一种蒸发器水位控制系统的仿真方法，所述方法包括：获取预先构建的蒸发器水位控制模型；基于真实工况信号，控制启动所述蒸发器水位控制模型；在所述蒸发器水位控制模型的运行过程中，更新所述给水阀调节单元和水泵调节单元的响应参数，并获得由所述蒸发器水位控制模型输出的给水阀开度的值；若基于所述给水阀开度的值确定满足预设的稳定性条件，则结束所述蒸发器水位控制模型的仿真。
5、现有专利cn110879620a公开了一种核电站立式蒸汽发生器液位控制方法以及系统，该方法引进了分数阶pid控制器，并给出参数整定法，能够减少跟踪误差，满足蒸汽发生器的水位控制要求。
6、以上现有技术均未涉及采用传递函数模型及传递函数动态参数模型对蒸汽发生器水位值进行建模。
7、鉴于以上技术问题，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、基于上述技术问题，本专利技术的目的在于提出一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统及方法，解决现有技术中用于控制器设计的蒸汽发生器水位建模方法不能满足核反应堆功率大幅度变化情况下的仿真精度要求的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统及方法。具体技术方案如下：
3、一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，包括数据读取模块、与所述数据读取模块的输出端连接的数据处理模块、与所述数据处理模块的输出端连接的动态参数模型模块和传递函数模型模块及与所述传递函数模型模块的输出端连接的结果输出模块，所述动态参数模型模块的输出端连接所述传递函数模型模块的输入端；
4、其中，所述数据读取模块用于读取外部输入的蒸汽发生器相关参数数据；
5、所述数据处理模块用于进行数据处理，并通过两路进行数据输出，一路输出至动态参数模型模块，另一路输出至传递函数模型模块；
6、所述动态参数模型模块用于利用输入数据获得传递函数计算所需的实时参数值，并将实时参数值输出至传递函数模型模块；
7、所述传递函数模型模块用于根据输入数据和实时参数值进行实时计算；
8、所述结果输出模块用于输出蒸汽发生器的水位值。
9、进一步的，所述蒸汽发生器相关参数包括给水流量、蒸汽流量、功率、一回路温度变化量和给水温度变化量。
10、进一步的，所述给水流量和所述蒸汽流量输出至所述传递函数模型模块，所述蒸汽流量、所述功率、所述一回路温度变化量和所述给水温度变化量输出至所述动态参数模型模块。
11、进一步的，所述传递函数模型模块中的传递函数结构包括积分环节g1/s、惯性环节g2/(1+τ2s)和震荡环节g3s(1/τ2+4π2/t2+2s/τ+s2)；
12、其中，g1是独立于负载的系数，g2是惯性环节的增益系数，g3是震荡环节的增益系数，s是拉普拉斯变换中的复参量，τ是阻尼时间常数，τ2是惯性时间常数，t是震荡周期。
13、进一步的，所述传递函数模型中的蒸汽发生器水位的传递函数方程为
14、y(s)＝(g1/s-g2/(1+τ2s))(qe(s)-qv(s))+(g3s(1/τ2+4π2/t2+2s/τ+s2)qe(s)
15、其中，qe(s)为给水流量，qv(s)为蒸汽流量。
16、进一步的，所述蒸汽发生器水位的传递函数方程进行离散化处理后的状态方程为
17、x1(t)＝x1(t-δt)+δt g1[qe(t-δt)–qv(t-δt)]
18、x2(t)＝x2(t-δt)–α2x2(t-δt)+β2[qe(t-δt)-qv(t-δt)]
19、x3(t)＝x3(t-δt)–α3x3(t-δt)+x4(t-δt)+β3qe(t-δt)
20、x4(t)＝x4(t-δt)–α4x3(t-δt)
21、y(t)＝x1(t)+x2(t)+x3(t)
22、其中，α2＝1–e–δt/τ2，β2＝g2(1–e–δt/τ2)，α3＝2–2e–δt/τcos2πδt/t，α4＝1+e–2δt/τ–2e–δt/τcos(2πδt/t)，β3＝(g3t/2π)e–δt/τsin(2πδt/t)；
23、利用矩阵计算方式可实现状态方程的快速求解。
24、进一步的，所述动态参数模型模块中的传递函数动态参数模型构建过程包括：
25、采用机器学习中的神经网络算法构建传递函数动态参数模型；
26、通过物理模型或高精度机理仿真模型实验计算获得训练数据集；
27、利用训练数据集对传递函数动态参数模型进行训练，并根据训练结果修正模型。
28、进一步的，所述传递函数动态参数模型的输入层参数设置为功率、蒸汽流量、一回路温度变化量和给水温度变化量，输出层参数设置为传递函数中的待求解参数g2，g3，τ2，t，τ。
29、本专利技术还提出了一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模方法，所述方法通过上述基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统来实现，所述方法包括：
30、读取外部输入的蒸汽发生器相关参数数据；
31、对数据进行处理后进行两路传输，将一路数据直接输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于：包括数据读取模块、与所述数据读取模块的输出端连接的数据处理模块、与所述数据处理模块的输出端连接的动态参数模型模块和传递函数模型模块及与所述传递函数模型模块的输出端连接的结果输出模块，所述动态参数模型模块的输出端连接所述传递函数模型模块的输入端；
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述蒸汽发生器相关参数包括给水流量、蒸汽流量、功率、一回路温度变化量和给水温度变化量。
3.根据权利要求2所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述给水流量和所述蒸汽流量输出至所述传递函数模型模块，所述蒸汽流量、所述功率、所述一回路温度变化量和所述给水温度变化量输出至所述动态参数模型模块。
4.根据权利要求1所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述传递函数模型模块中的传递函数结构包括积分环节G1/s、惯性环节G2/(1+τ2s)和震荡环节G3s(1/τ2+4π2/T2+2s/τ+s2)；
5.根据权利要求4所
6.根据权利要求5所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于：所述蒸汽发生器水位的传递函数方程进行离散化处理后的状态方程为
7.根据权利要求3所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述动态参数模型模块中的传递函数动态参数模型构建过程包括：
8.根据权利要求7所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于：所述传递函数动态参数模型的输入层参数设置为功率、蒸汽流量、一回路温度变化量和给水温度变化量，输出层参数设置为传递函数中的待求解参数G2，G3，τ2，T，τ。
9.一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模方法，所述方法通过如权利要求1-8任一项所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统来实现，其特征在于，所述方法包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求9所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于：包括数据读取模块、与所述数据读取模块的输出端连接的数据处理模块、与所述数据处理模块的输出端连接的动态参数模型模块和传递函数模型模块及与所述传递函数模型模块的输出端连接的结果输出模块，所述动态参数模型模块的输出端连接所述传递函数模型模块的输入端；
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述蒸汽发生器相关参数包括给水流量、蒸汽流量、功率、一回路温度变化量和给水温度变化量。
3.根据权利要求2所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述给水流量和所述蒸汽流量输出至所述传递函数模型模块，所述蒸汽流量、所述功率、所述一回路温度变化量和所述给水温度变化量输出至所述动态参数模型模块。
4.根据权利要求1所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位独立建模系统，其特征在于，所述传递函数模型模块中的传递函数结构包括积分环节g1/s、惯性环节g2/(1+τ2s)和震荡环节g3s(1/τ2+4π2/t2+2s/τ+s2)；
5.根据权利要求4所述的基于数据驱动的蒸汽发生器水位...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁金晓，陈日罡，宋磊，李鸣谦，姚文卿，张立群，王硕，白江斌，段鹏飞，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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