基于机网协调需求的新型核电机组建模及控制参数优化方法研究

The safety of nuclear and power grid has great political and economic influences. Under the background of the rapid development of the third generation nuclear power, targeting at the new nuclear power plants with high safety requirements, greatly improved related equipment and design and no actual grid-connected operation experience, the need to study on the influence of its access to power grid and the coordinated control problem is urgent. Based on the theory of nuclear power plant and power system analysis, the subject intends to analyze the operation and control characteristics of the new nuclear power plant. On the basis of mechanism-test-identification method, the mathematical model of advanced nuclear power plant will be comprehensively established, which will be suitable for the analysis of coordination between unit and grid. The optimization and initialization calculation method of the pressurized water reactor model will be studied and based on intelligent optimization algorithms, the parameter identification method for the reactor and primary loop system will be proposed. The safety evaluation indexes for generators and power grid which reflect nuclear security, thermal stability and transient stability will be constructed. On the basis of the time domain simulation and the energy analysis method combined with the complex similar combination theory, aiming at the generator-network coordination, the adjustment characteristics optimization and related protection parameters coordination of speed regulation system and excitation system will fully exploit the regulation capability of nuclear power system and improve the flexibility of nuclear power in power system, which can be of great significance to ensure the safe and stable operation of nuclear power unit and power grid.

核安全和电网安全均具有巨大的政治和经济影响。在第三代核电大发展的背景下，针对具有极高安全性要求、相关设备及设计方案有很大改进、但尚无实际并网运行经验的新型核电机组，亟需研究其接入电网的影响及协调控制问题。本项目拟以核电厂及电力系统分析理论为基础，分析新型核电机组运行和控制特性，基于机理-测试-辨识综合建立适用于机网协调分析的先进核电机组数学模型，研究压水堆模型的优化方法及初始化计算方法，提出物理参数计算与智能优化辨识相结合的反应堆及一回路系统参数获取方法；构建综合反映核安全、热稳定、暂态稳定的机网安全性评估指标；基于时域仿真及能量分析方法，结合复杂相似组合理论，以机网协调为目标，优化调速、励磁系统控制调节特性及协调相关保护参数，可以充分挖掘核电动力系统调节能力，提高核电在电力系统中的柔性，对于保障我国核电机组和电网的安全稳定运行具有重要意义。

核安全和电网安全均具有巨大的政治和经济影响。在第三代核电大发展的背景下，针对具有极高安全性要求、相关设备及设计方案有很大改进、但缺乏实际并网运行经验的新型核电机组，亟需研究其接入电网的影响及协调控制问题。本项目针对基于机网协调需求的新型核电机组建模及控制参数优化方法开展了深入研究，主要工作及成果有：.（1）基于压水堆一回路系统的主要设备、子系统边界、运行特征及运行参数可测试性，结合机网协调仿真需求将压水堆一回路系统整体模型分解为多个子模块，分别建立个子模块的机电暂态仿真模型，组合形成适用于机网协调分析的核电机组仿真模型。研究建立了冷却剂屏蔽主泵动态仿真模型、厂用中压电气系统暂态仿真模型、高温气冷堆一回路仿真模型等。研究了基于参数参数摄动理论和智能优化的压水堆一回路系统模型参数获取方法和参数评价方法。仿真验证了所建立仿真模型和参数的有效性。.（2）研究了含核电力系统安全稳定性仿真评估及控制优化方法。梳理了核安全、热温度和暂态稳定评估指标，将风险评估理论应用于核电接入电网的协调控制中，提出了核电接入电网的低频保护综合风险评估模型及方法。研究了大型压水堆核电机组超速保护和超加速度保护建模仿真及协调优化策略、核电机组失磁故障仿真及保护协调配置。提出了基于降维与搜索的网架重构方案和以节点恢复与否为状态变量进行网架重构建模的方法，提高了恢复控制的效率。.（3）研究了新型核电机组功率调节响应及参与电网调度的协调运行控制方法。建立了核电机组参与电力系统调峰的优化运行模型，研究了基于合作博弈法的新型两部制电价运营模式，建立了火电-核电-抽水蓄能联合运行优化调度模型，研究了核电机组与风电运行与控制协调优化，计及核电调峰风险及风电消纳的多源协调优化运行模型，提高了核电机组的运行灵活性，有助于电力系统多源协调控制，从而保障核电机组和电网的安全稳定运行。