بخشی از مقاله
چکیده
قلب راکتور در یک نیروگاه هسته ای دارای مخاطرات ایمنی و اهمیت اقتصادی است. از نظر کنترل راکتور، به کار گیری کنترل مطلوب برای قلب راکتور در یک نیروگاه هسته ای یک اقدام مهم در بهبود ایمنی و افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن آن است. در این مطالعه از روش کنترل مد لغزشی مرتبه دو که یک کنترل کننده ی غیر خطی و مقاوم است، برای کنترل توان راکتور تحقیقاتی تهران در مد عملکردی دنبال کردن بار - - Load-following استفاده شده است.
قلب راکتور بر مبنای معادلات سینتیک نقطه ای نوترون با در نظر گرفتن سه گروه نوترون تاخیری شبیه سازی شده است و شامل فیدبک های سوخت، خنک کننده، ید و زینان است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم کنترلی در نظر گرفته شده به آسانی در عمل به کار گرفته می شود و فراجهش و نوسانات موجود در روش های کنترلی متداول را حذف می کند و دارای پاسخ سریع به تغییرات بار در مد عملکردی دنبال کردن بار است و در نتیجه باعث بهبود قابلیت اطمینان و ایمنی راکتور می شود.
-1مقدمه
امروزه نیروگاه های هسته ای نقش مهمی در فراهم کردن توان الکتریکی دارند. در این نوع نیروگاه ها انرژی اولیه به وسیله ی یک راکتور هسته ای فراهم می شود. یکی از مهمترین اهداف کنترلی در یک نیروگاه هسته ای افزایش میزان قابلیت اطمینان و در دسترس بودن نیروگاه و بهبود ایمنی و قابلیت دنبال کردن بار است .[1]کنترل توان راکتور قبلا در شرایط عملیاتی base-load استفاده می شده است.
اما با افزایش سهم نیروگاه های هسته ای در تولید الکتریسیته به نظر می رسد که عملکرد load-following راکتورهای هسته ای در آینده اجتناب ناپذیر است. بنابراین برای بهبود عملکرد نیروگاه های هسته ای بررسی های زیادی در زمینه ی کنترل توان راکتور انجام شده است. در سال های اخیر کنترل کننده های مختلفی شامل روش شبکه عصبی، روش منطق فازی [2] و سیستم های کنترل بهینه مقاوم[3] برای کنترل توان راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار گرفته است.
از آنجایی که یک راکتور هسته ای یک سیستم غیر خطی و پیچیده است که پارامترهای آن با سطح توان تغییر می کند، علی رغم وجود بسیاری از روش های کنترلی پیشنهاد شده برای کنترل توان راکتور هسته ای، به نظر می رسد که یک سیستم کنترلی ساده و دارای عملکرد مناسب هنوز مورد نیاز است. از طرف دیگر یک روش موفق برای کنترل سیستم های غیر خطی دارای عدم قطعیت کنترل مد لغزشی است.
کنترلر مد لغزشی به خاطر عدم حساسیت و مقاومت ذاتی آن در برابر عدم قطعیت های سیستم و اغتشاشات خارجی یک الگوریتم کنترلی مناسب است. قانون کنترل فیدبک حالت در این الگوریتم یک تابع پیوسته از زمان نیست، اما می تواند از یک ساختار پیوسته به ساختار دیگری بر مبنای موقعیت فعلی در فضای حالت تغییر وضعیت بدهد. بنابراین کنترل مد لغزشی یک روش کنترلی ساختار متغیر است که به طور گسترده در کاربردهای کنترلی به کار گرفته شده است.
مزیت های اصلی این روش عبارتند از: ساختار ساده، مقاومت آن در برابر انواع زیادی از اغتشاشات یا عدم قطعیت های مدل سازی، نیاز به اطلاعات کمتر در مقایسه با تکنیک های کنترل کلاسیک، امکان پایدار کردن بعضی از سیستم های غیر خطی که به وسیله ی قوانین فیدبک حالت پیوسته پایدار شدنی نیستند. مدهای عملیاتی گسترده و متنوع مثل حالت تنظیمی، کنترل مسیر، Model following و رویت پذیری. مدهای لغزشی مرتبه بالاتر اخیرا ایجاد شده و توسعه پیدا کرده اند و در کاربردهای جدید به کار گرفته شده اند تا ایده مد لغزشی پایه را به وسیله ی عمل بر روی مشتقات زمانی مرتبه بالاتر انحراف سیستم از قید مورد نظر به جای اثر بر روی مشتق مرتبه اول که در مدهای لغزشی استاندارد اتفاق می افتد، تعمیم دهد.
مد لغزشی مرتبه بالاتر علاوه بر داشتن مزیت های اصلی روش مد لغزشی مرتبه یک، اثر chattering را به طور کامل حذف می کند و دقت بالاتر را در واقعیت فراهم می کند. اثر chattering نوسانات خطرناک فرکانس بالای سیستم کنترل شده است. [4] این پدیده یک عیب و مشکل است، به طوری که حتی اگر در خروجی فرآیند فیلتر شود ممکن است مدهای فرکانس بالای مدل نشده را تحریک کند که عملکرد سیستم را دچار اختلال می کند و حتی ممکن است موجب ناپایداری شود. Chattering همچنین موجب فرسودگی بالای قسمت های مکانیکی محرک و همچنین تلفات حرارتی بالا در مدارهای قدرت الکتریکی می شود.
به این خاطر است که فرآیندهای زیادی برای کاهش یا حذف این پدیده مانند مدهای لغزشی مرتبه بالاتر طراحی شده است. در این مطالعه کنترلر غیر خطی با استفاده از فیدبک های راکتیویته و دما و زینان بر مبنای سه گروه نوترون تاخیری به کار گرفته شده است. روش مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل کنترل کننده ی مد لغزشی مرتبه دو بر مبنای الگوریتم super twisting است.
-2مدل قلب راکتور هسته ای:
برای شبیه سازی قلب راکتور هسته ای، معادلات سینتیک نقطه ای با در نظر گرفتن سه گروه نوترون تاخیری استفاده شده است.
