Многоточечная модель кинетики с мощностным эффектом реактивности для контроля аксиального офсета реактора ВВЭР-1200 в режиме следования за нагрузкой

В данной работе предложена и смоделирована в среде MATLAB многоточечная модель кинетики ядерного реактора ВВЭР-1200, состоящая из различной совокупности моделей точечной кинетики в аксиальном направлении – две точки, четыре, шесть, восемь и десять, которые связаны между собой коэффициентами, определенными в рамках диффузионного приближения. Для более точного описания динамических режимов работы реактора модель была охвачена мощностной обратной связью, определенной по температурным эффектам реактивности и подхода Манна для описания теплогидравлических процессов, в рамках которого предполагается, что к одному топливному узлу примыкает два узла теплоносителя. На модели, состоящей из четырех аксиальных точек, дополнительно было исследовано влияние различного числа групп запаздывающих нейтронов на точность и скорость моделирования переходных процессов в режиме следования за нагрузкой. В работе также предложена новая математическая модель органов регулирования, которая воздействует последовательно на разные точки при введении и выведении путем комбинаций функций знака sign. Результаты численного моделирования показывают, что статистическая точность предложенных моделей является удовлетворительной, общий вид переходных процессов согласуется с физическими представлениями. Данная работа способствует дальнейшему развитию связанных в нейтронно-физическом смысле точечных моделей ядерного реактора для улучшения синтеза автоматического регулятора мощности

1. Henry A. The application of reactor kinetics to the analysis of experiments. Nuclear Science and Engineering. 1958;3(1):52–70. https://doi.org/10.13182/NSE58-1

2. Соловьёв Д.А., Хачатрян А.Г., Чернов Е.В., Аль Малкави Р.Т. Исследование алгоритмов подавления ксеноновых колебаний в реакторе ВВЭР-1200. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2022;2:37–48. https://doi.org/10.26583/npe.2022.2.04

3. Avery R. Theory of coupled reactors. In: Proc. 2nd UN Int. Conf. Peaceful Uses of Atomic Energy, United Nations. 1958. Vol. 12. P. 182. https://doi.org/10.2172/4315469

4. Belleni-Morante A. The kinetic behaviour of a reactor composed of G loosely coupled cores: Integral formulation. Journal of Nuclear Energy. Parts A/B. Reactor Science and Technology. 1964;18(10):547–559. https://doi.org/10.1016/0368-3230(64)90139-9

5. Kobayashi K. Rigorous derivation of multi-point reactor kinetics equations with explicit dependence on perturbation. Journal of Nuclear Science and Technology. 1992;29(2):110–120. https://doi.org/10.1080/18811248.1992.9731503

6. Valocchi G., Tommasi J., Ravetto P. Reduced order models in reactor kinetics: A comparison between point kinetics and multipoint kinetics. Annals of Nuclear Energy. 2020;147:107702. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107702

7. Zhe Dong, Xiaojin Huang, Liangju Zhang A nodal dynamic model for control system design and simulation of an MHTGR core. Nuclear Engineering and Design 240 (240), 1251-261. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2009.12.032

8. Wang P.F., Liu Y., Jiang B.T., Wan J.S., Zhao F.Y. Nodal dynamics modeling of AP1000 reactor for control system design and simulation. Annals of Nuclear Energy. 2013;62:208–223. http://dx.doi.org/10.1016/j.anucene.2013.05.036

9. Puchalski B., Rutkowski T.A., Duzinkiewicz K. Nodal models of Pressurized Water Reactor core for control purposes – A comparison study. Nuclear Engineering and Design. 2017;322:444–463. http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2017.07.005

10. Puchalski B., Rutkowski T.A., Duzinkiewicz K. Multi-nodal PWR reactor model – Methodology proposition for power distribution coefficients calculation. 21st International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR). Poland: Miedzyzdroje, 2016. Р. 385–390. https://doi.org/10.1109/MMAR.2016.7575166

11. Žerovnik G., Čalič D., Gerkšič S., Kromar M., Malec J., Mihelčič A., Trkov A., Snoj L. An overview of power reactor kinetics and control in load-following operation modes. Frontiers in Energy Research. 2023;11:1111357. https://doi.org/10.3389/fenrg.2023.1111357

12. Mousakazemi S.M.H. Control of a pressurized light-water nuclear reactor two-point kinetics model with the performance index-oriented PSO. Nuclear Engineering and Technology. 2021;53(8):2556–2563 https://doi.org/10.1016/j.net.2021.02.018

13. Zaidabadi nejad M., Ansarifar G.R. Adaptive robust control for axial offset in the P.W.R nuclear reactors based on the multipoint reactor model during load-following operation. Annals of Nuclear Energy. 2017;103:251–264. http://dx.doi.org/10.1016/j.anucene.2017.01.025

14. Aftab А., Luan Х. A Takagi Sugeno based reactor power control of VVER-1000 using linear parameter varying identification of two-point kinetic model. Progress in Nuclear Energy. 2021;140:103905. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.103905

15. Abdulraheem K.К., Tolokonsky A.O., Laidani Z. Adaptive second order sliding mode control for a pressurized water nuclear reactor in load following operation with Xenon oscillation suppression. Nuclear Engineering and Design. 2022:391:111742 https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2022.111742

16. Spriggs G.D., Campbell J.M., Piksaikin V.M. An 8-group delayed neutron model based on a consistent set of half-lives. Progress in Nuclear Energy. 2002;41(1-4):223–251. https://doi.org/10.1016/s0149-1970(02)00013-6

17. Skinner R.E., Cohen E.R. Reduced Delayed Neutron Group Representations. Nuclear Science and Engineering. 1959;5(5):291–298. https://doi.org/10.13182/NSE59-A25601

18. Вольман М.А. Имитационное моделирование нейтронно-физических и теплогидравлических процессов в реакторах ВВЭР-1000. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.03 Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации. Москва, 2017. 135 с. EDN NTLFZT. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01008925788 (дата обращения: 10.04.2024).

19. Казанский Ю.А., Слекеничс Я.В. Мощностной коэффициент реактивности: определение, связь с коэффициентами реактивности, оценка результатов переходных процессов энергетических реакторов. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2018;1:63–74. https://doi.org/10.26583/npe.2018.1.07

20. Правосуд С.С., Маслаков Д. С., Якубов Я. О., Овчеренко А.А. Верификация модели динамики ядерного реактора ВВЭР-1200, состоящей из одного топливного узла, примыкающего к двум узлам теплоносителя. Глобальная Ядерная Безопасность. 2023;13(3):82–95. EDN: YBZMTK. https://doi.org/10.26583/gns-2023-03-08

21. Правосуд С.С., Маслаков Д.С., Якубов Я.О. Применение нечетких регуляторов для управления мощностью ядерного реактора ВВЭР-1200. Вестник НИЯУ МИФИ. 2024;13(2):97-109. EDN: QBFVFE. https://doi.org/10.26583/vestnik.2024.320