Hệ thống điều khiển và bảo vệ nhà máy điện nguyên tử

Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Hiệu trưởng nhà trường, Viện khoa học Công nghệ Nhiệt lạnh trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện để em làm luận văn, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh giúp đỡ em suốt q trình để em hồn tất phần luận văn Trong q trình làm khơng thể tránh thiế độc giả góp ý để em có làm luận văn tốt Em xin chân thành cảm ơn! HVTH: Lê Văn Hùng thầy cô giáo Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, luận văn tơi tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác khơng ghi Nếu sai, tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định HỌC VIÊN THỰC HIỆN LÊ VĂN HÙNG HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ 1.1 Tổng quan .3 1.2 Một số khái niệm cơng nghệ lị phản ứng hạt nhân 1.2.1 Nguyên lý phản ứng phân hạch 1.2.2 Cấu trúc lò vật liệu sử dụng 1.2.3 Phân loại lò phản ứng hạt nhân 1.3 Lò nƣớc nhẹ áp lực PWR - Pressurized Water Reactor 1.4 Lị nƣớc sơi BWR - Boiling Water Reactor 12 1.5 Lò nƣớc nặng PHWR .14 1.6 Các hệ lò phản ứng hạt nhân 17 1.7 Một số thiết kế lò phản ứng cải tiến (advanced) 21 1.7.1 Lị nước sơi cải tiến - Advanced Boiling Water Reactor (ABWR) 21 1.7.2 Lò nước áp lực cải tiến AP600 AP1000 Westinghouse .22 1.7.3 Lò nước áp lực cải tiến tiêu chuẩn châu Âu EPR 23 1.8 Các loại lò VVER Nga 24 1.8.1 Các hệ lò VVER cũ 25 1.8.2 Các hệ VVER cải tiến .25 1.9 Kết luận: 31 CHƢƠNG 2: CHU TRÌNH NHIỆT VÀ SỰ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ 32 2.1 Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt nhà máy điện nguyên tử 32 2.2 Sử dụng nƣớc để làm mát hệ thống chuyển đổi lƣợng 33 2.2.1 Sử dụng nước để làm mát phục vụ thiết bị phụ trợ 35 2.2.2 Sử dụng nước làm mát phục vụ hệ thống an toàn thiết bị khác 36 2.2.3 Sử dụng nước cho hệ thống loại bỏ nhiệt dư 38 2.2.4 Sử dụng nước để làm mát bảo vệ 39 2.3 Công nghệ cho hệ thống làm mát 40 HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử 2.3.1 Hệ thống làm mát hở 41 2.3.2 Hệ thống làm mát kín .41 2.4 Kết luận: 49 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ THỐNG THEO QUAN ĐIỂM BỀN VỮNG 50 3.1 Đánh giá chất lượng hệ thống 50 3.1.1 Khái niệm chất lượng trình điều khiển 50 3.1.2 Các tiêu chất lượng trực tiếp 50 3.1.3 Đánh giá chất lượng điều chỉnh theo tiêu tích phân .54 3.2 Khái niệm chung tổng hợp bền vững tối ƣu 54 3.3 Cấu trúc bền vững cao hệ thống điều khiển 57 3.4 Hệ thống điều chỉnh bền vững 59 3.4.1 Cấu trúc tựa bền vững điều chỉnh hệ thống 59 3.4.2 Chỉ số dao động mềm, đặc tính mềm .60 3.4.3 Xác định tham số  tối ưu điều chỉnh bền vững 62 3.4.4 Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều chỉnh 63 3.5 Kết luận 67 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT NHIỆT CỦA VÒNG SƠ CẤP 68 4.1 Mô tả sơ đồ công nghệ nhà máy điện nguyên tử 68 4.2 Tổng hợp điều khiển vòng tuần hoàn sơ cấp .71 4.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 71 4.2.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế CASCAD 71 4.2.3 Xử lý số liệu vận hành CASCAD .72 4.3 Kết luận 83 KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 86 HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện ngun tử DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ đơn giản nguyên lý phản ứng phân hạch Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc LPƯHN Hình 1.3: Sơ đồ cơng nghệ hai vịng tuần hồn lị PWR Hình 1.4: Sơ đồ thùng lò PWR Hình 1.5: Các bó nhiên liệu lò PWR theo trường phái Phương Tây Nga 10 Hình 1.6: Thiết bị sinh kiểu đứng (phương Tây) kiểu ngang (Nga) 11 Hình 1.7: Sơ đồ cơng nghệ vịng tuần hồn với lị nước sơi - BWR 12 Hình 1.8: Thùng lị nước sơi - BWR 13 Hình 1.9: Các bó nhiên liệu điều khiển lị BWR 14 Hình 1.10: Các bó nhiên liệu kênh ngang lò PHWR 15 Hình 1.11: Sơ đồ cơng nghệ lò nước nặng PHWR 16 Hình 1.12 Các hệ lị phản ứng hạt nhân 17 Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý nhà máy ĐHN dùng lị nước sơi cải tiến 21 Hình 1.14: Thùng lị nước sơi cải tiến ABWR .22 Hình 1.15: Thiết kế nhà lò AP1000 23 Hình 1.16: Bố trí NMĐHN dùng lò EPR .24 Hình 1.17: Thùng lị VVER-1000 loại AES-91 .26 Hình 1.18: Hệ cung cấp NMĐHN với lò VVER 27 Hình 1.19: Thanh nhiên liệu lị VVER 27 Hình 1.20: Hệ thống thiết bị AES-2006 29 Hình 1.21: AES-2006 Novovoronezh .29 Hình 2.1: Sơ đồ khối nhà máy điện 32 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống BWR 32 Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ trao đổi nhiệt vòng sơ cấp lị PWR 33 Hình 2.4: Chuyển đổi lượng tản nhiệt trình hoạt động đầy tải 34 Hình 2.5: Hệ thống tản nhiệt bảo vệ 39 Hình 2.6: Hệ thống làm mát hở .41 Hình 2.7 Tuần hồn ao(hồ) làm mát 42 Hình 2.8: Sơ đồ tuần hồn tháp giải nhiệt ướt (gió tự nhiên) 43 HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 2.9 Sơ đồ tuần hồn tháp giải nhiệt ướt (gió tự nhiên) 44 Hình 2.10: Sơ đồ trực tiếp làm mát khô 45 Hình 2.11: Làm mát khô gián tiếp 45 Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống làm mát tháp làm mát tự nhiên .46 Hình 2.13: Hệ thống nối tiếp kết hợp làm mát khô ướt 47 Hình 2.14: Sơ đồ hệ thống gián tiếp làm mát khô ướt kết nối song song 47 Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống kết nối song song khô trực tiếp ướt gián tiếp 47 Hình 2.16: Sơ đồ kết nối song song hệ thống khô ướt gián tiếp .48 Hình 2.17: Sơ đồ nối tiếp kết nối với hệ thống khô ướt gián tiếp 48 Hình 2.18: Sơ đồ kết nối với hệ thống khô ướt bổ xung .48 Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống khơ ướt kết nối song song 49 Hình 3.1 Đặc tính q độ hệ thống thay đổi giá trị đặt (a) .51 Hình 3.2 Các dạng đặc tính q độ đơn điệu, 2- phi chu kỳ, 3- dao động 53 Hình 3.3 Sai số điều chỉnh bình phương hệ thống theo kênh đặt (a) kênh nhiễu (b) 54 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển điển hình 56 Hình 3.5 Sự phân bố nghiệm phương trình đặc tính hệ thống 57 Hình 3.6 Cấu trúc điều chỉnh bền vững lý tưởng 60 Hình 3.7 Đường biên mềm mặt phẳng nghiệm 60 Hình 3.8: Đánh giá dự trữ ổn định theo điểm cắt đặc tính mềm parabol 62 Hình 3.9 Đặc tính mềm hệ hở với hàm truyền .63 Hình 3.10 Đặc tính mềm hệ hở với điều chỉnh bền vững thay đổi thành phần tích phân 66 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt PHWR 68 Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển áp suất lò PHWR .69 Hình 4.3: Áp suất thay đổi theo thời gian .70 Hình 4.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 71 Hình 4.5 Đặc tính vận hành đối tượng áp suất .73 Hình 4.6 Đặc tính vận hành đối tượng áp suất .75 Hình 4.7 : Sơ đồ hệ thống điều khiển áp suất 76 Hình 4.8 : Sơ đồ hệ thống điều khiển áp suất 77 HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 4.9 Đặc tính mềm hệ hở với trường hợp sở, xấu nhất, ngẫu nhiên 78 Hình 4.10 Đặc tính mềm hệ hở với trường hợp sở, xấu nhất, ngẫu nhiên 78 Hình 4.11 Đặc tính độ hệ thống kín theo kênh đặt 80 Hình 4.12: Đặc tính q độ hệ thống kín theo kênh nhiễu .81 Hình 4.13: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có khử nhiễu .82 Hình 4.14: Đặc tính q độ hệ thống kín theo kênh nhiễu (có khử nhiễu) 82 HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các phần tử chính, vật liệu sử dụng chức chúng Bảng 1.2: Phân loại loại lò Bảng 1.3: Một số thơng số loại lị PWR - 1160 MWe Bảng 1.4: Một số thơng số loại lị BWR - 1100 MWe 13 Bảng 1.5: Một số yêu cầu phát triển hệ công nghệ lò 20 Bảng 1.6: Một số đặc trưng lò hệ 3+: 28 Bảng 1.7: Các thông số thiết kế loại VVER-1000 .30 Bảng 2.1: Chỉ số sử dụng nước nhà máy điện nguyên tử 34 Bảng 2.2: So sánh tản nhiệt cho hiệu khác nhà máy điện1000 MW (e) 36 Bảng 2.3: Giá trị lưu lượng nước làm mát an toàn 37 Bảng 2.4: Phân phối hệ thống làm mát 40 Bảng 4.1 Áp suất thay đổi theo thời gian .70 HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử MỞ ĐẦU Ngày lượng hóa thạch ngày cạn kiệt cần phải có nguồn lượng để thay Dạng lượng thay cho nhiên liệu hoá thạch lượng mặt trời lượng từ sức gió Các dạng lượng cần phải phát triển, khai thác để sử dụng Tuy nhiên giá thành cao cần diện tích lớn nên dạng lượng cung cấp 10% tổng số lượng cần thiết Chính vậy, lượng mà nhân loại sử dụng lâu dài thời gian tới phải dựa vào lượng nguyên tử Mặc khác lượng nguyên tử có số ưu điểm so với nguồn lượng khác là: Đặc trưng lượng nguyên tử nguồn lượng sạch, không phát thải CO2, SOx, NOx gây nhiễm khơng khí Hơn nữa, Uranium phát điện với lượng nhỏ so với dầu nên có ưu điểm dễ vận chuyển bảo quản Ví dụ, để vận hành nhà máy điện cơng suất 1000 MW vịng năm phải cần tới triệu dầu, nhiên liệu Uranium cần vài chục Trong nhà máy điện nguyên tử, nạp nhiên liệu vào lị phản ứng liên tục phát điện vịng năm mà khơng cần phải thay nhiên liệu Lượng chất thải phóng xạ phát sinh nhà máy điện nguyên tử so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, quản lý cách chặt chẽ, cất giữ bảo quản an tồn Chi phí xây dựng cho nhà máy điện nguyên tử so với nhà máy nhiệt điện tương đối cao Nhà máy điện nguyên tử lựa chọn phương án thiết kế an tồn tối ưu Nó thiết kế để cho dù có phát sinh tai nạn không gây thiệt hại, tổn thất cho tất cư dân sống xung quanh Có thể nói nửa nhà máy điện nguyên tử thiết bị an tồn Do đó, chi phí cao cho thiết bị đương nhiên Với nhu cầu thiết yếu lượng điện cho phát triển kinh tế nước ta, Chính Phủ phê duyệt dự án nhà máy điện nguyên tử lắp đặt nước ta HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử tỉnh Ninh Thuận Đây công nghệ nước ta mà tương lai ta phải làm chủ công nghệ Trên sở hiểu biết định tơi có nguyện vọng sâu nghiên cứu vấn đề Đó lý tơi chọn đề tài luận văn là: Hệ thống điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử (Control system of nuclear – power plan) Mục đích đề tài: - Tìm hiểu ngun lý, phân tích đặc thù chu trình nhiệt nhà máy điện nguyên tử - Xây dựng phương pháp chỉnh định bền vững hệ thống điều khiển áp dụng cho phần nhiệt nhà máy điện nguyên tử Nội dung đề tài sâu nghiên cứu vấn đề sau: - Tổng quan nhà máy điện nguyên tử - Hệ thống trao đổi nhiệt nhà máy điện nguyên tử - Phương pháp tổng hợp hệ thống theo quan điểm bền vững - Tính tốn chỉnh định hệ thống điều khiển cơng suất nhiệt vịng thứ cấp Trên sở khái niệm số dao động mềm phương pháp tối ưu hóa thuật tốn vượt khe tác giả PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh đề xuất Từ sở lý thuyết nêu số liệu thu thập tài liệu, luận văn đưa cách tính tốn thử cho vịng điều chỉnh cơng suất tuabin vịng thứ cấp Tồn q trình tính tốn mơ thực dựa phần mềm Cascasd tác giả PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử CASCAD cho phép thiết kế hệ thống điều khiển bền vững tối ưu, Phổ biến q trình cơng nghiệp Có thể dùng để mơ hệ thống, cải tiến phận, thiết kế hệ thống CASCAD cho phép nhận dạng mơ hình hóa đối tượng bất định, tổng hợp cấu trúc hệ thống, tổng hợp điều chỉnh khử nhiễu, giải toán tối ưu hóa phương pháp vượt khe Kết tính tốn liệu cấu trúc hệ thống hàm truyền khâu Chất lượng thiết kế thể đồ thị đặc tính tần số, đặc tính độ đáp ứng hệ thống theo kênh ứng với đầu vào đặt đầu vào nhiễu CASCAD cho phép mô thiết kế hệ thống điều khiển với cấu trúc tối đa tầng, tầng chứa khâu động học khâu dùng để mô bất định đối tượng Ngoài ứng với tầng có khâu đầu vào nhiễu, cịn khâu đầu vào đặt để điều khiển hệ thống nói chung 4.2.3 Xử lý số liệu vận hành CASCAD a) Nhận dạng đối tƣợng * Lấy xử lý số từ bảng Từ bảng số liệu thực nghiệm ta có đường cong đặc tính vận hành đối tượng điều chỉnh cơng suất nhiệt vịng thứ cấp nhà máy điện nguyên tử O(s): 13, 4e 0,545 s O(s)  (1  0, 276 s  0, 276 s ) HVTH: Lê Văn Hùng 72 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện ngun tử Hình 4.5 Đặc tính vận hành đối tượng áp suất Nhận xét: Đường cong (mầu đen) đặc tính có dạng khâu qn tính bậc hai Vậy ta tiến hành mơ hình hóa đối tượng theo khâu qn tính bậc hai có trễ b) Mơ hình hóa đối tượng độ bất định đối tượng Trên phần mềm Cascad chạy chức tối ưu hóa để tìm hệ số b 0, a1, a2, Tr gần với đường đặc tính thực tế Chức lập trình theo thuật tốn tối ưu hóa vượt khe nhiều đối số Trong trường hợp thuật toán thực biến số b0, a1, a2, Tr Sau mơ hình hóa ta đường mầu đỏ hình 4.4 Từ ta có số b0=14,174; a1=0,259; a2=0,259; Tr =0,585 Ta đường cong mịn nằm sát với đường gấp khúc ban đầu Đây kết thuật tốn đáp ứng độ đầu đối tượng với xung đầu HVTH: Lê Văn Hùng 73 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử vào xung bậc thang với đối tượng qua hệ số vừa tìm hàm truyền nhân bất định 14,174e0,585 s o ( s)  (1  0, 259s  0, 259s ) Tiếp theo ta xác định độ bất định cho đối tượng Để xác định độ bất định cho đối tượng ta chuyển từ đặc tính thời gian sang đặc tính tần số tương đương - Hiệu chỉnh tần số Để số liệu đồ thị F(jw) dùng có hiệu cho tốn nhận dạng đối tượng bất định, cần xác định miền tần số - chứa thông tin quan trọng chất động học đối tượng Đối với đối tượng công nghiệp, miền tần số thường có tần số thấp tương ứng với đoạn đồ thị F(jw) nằm phía trái-dưới đường thẳng phân giác góc thứ hai thứ tư Khi xác định miền tần số cách chỉnh đầu cuối đường cong F(jw), ta đoạn đường cong hình Số điểm đoạn thường chọn từ 10÷60 điểm Chọn tần số khảo sát =0,01÷10 giảm số điểm 10÷60 điểm để giảm khối lượng tính tốn cho máy tính Mơ hình nhân bất định (Udat) với b0 = 1,977; a1 = 0,072, a2 = 0,017; Tr = ( s )  1,977 (1  0,072s  0,017 s ) Mơ hình bất định: O( s )  O ( s )  ( s )  HVTH: Lê Văn Hùng 14,174e0,585 s 1,977  (1  0, 259s  0, 259s ) (1  0,072 s  0,017 s ) 74 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 4.6 Đặc tính vận hành đối tượng áp suất Ta thấy đường biên nhân bất định xấu phủ đường sai số mơ hình đối tượng đạt yêu cầu Ta trở lại với sơ đồ cấu trúc Đối tượng O1 lúc nghi nhớ vào ô Mdat, độ bất định đối tượng ghi nhớ ô Udat Ta coppy ô Mdat vào khâu O ô Udat vào khâu A Đặt giá trị cho khâu F (b0=1),tín hiệu đầu vào z=1/s(b0=1, q=1) Giả thiết tín hiệu nhiễu với xung đầu vào z và O=O Như ta hoàn thành xong phần mơ hình hóa đối tượng độ bất định cho đối tượng với việc đặt giá trị cho tín hiệu vào tín hiệu nhiễu Bước ta tổng hợp điều chỉnh cho đối tượng HVTH: Lê Văn Hùng 75 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 4.7 : Sơ đồ hệ thống điều khiển áp suất c) Tổng hợp điều chỉnh Sau tìm hàm truyền đối tượng ta tổng hợp điều chỉnh bền vững nguyên theo công thức R( s )  1 O ( s)  S PT Với = K. HVTH: Lê Văn Hùng 76 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 4.8 : Sơ đồ hệ thống điều khiển áp suất Ta thấy đặc tính mềm hệ qua điểm (-1,0) có nghĩa hệ thống ổn định chưa có độ dự trữ ổn định Vì đối tượng có độ bất định nên đối tượng trạng thái đương biên mềm xấu khơng đảm bảo độ ổn định cho hệ thống Sơ đồ hệ thống điều khiển áp suất thể hình 4.8, theo phân tích hệ thống điều khiển áp suất kiểu vịng có phản hồi Bộ điều chỉnh áp suất nhận với số dao động mc = 0.461 có dạng sau: R11  0,09  0,046.S  0,006.S    0,046 1   0,13.S  S  0,511.S  Với đặc tính mềm hệ hở thể hình 4.8, ta thấy đặc tính mềm khơng bao điểm (-1,j0) nên hệ thống có tính ổn định bền vững HVTH: Lê Văn Hùng 77 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện ngun tử Hình 4.9 Đặc tính mềm hệ hở với trường hợp sở, xấu nhất, ngẫu nhiên Nhưng ứng với đặc tính mềm ứng với trường hợp xấu (Hình 4.9) bao điểm (-1,j0) nên với điều chỉnh ta cần tiến hành tối ưu hóa điều chỉnh Hình 4.10 Đặc tính mềm hệ hở với trường hợp sở, xấu nhất, ngẫu nhiên HVTH: Lê Văn Hùng 78 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Với điều chỉnh tối ưu trên, đặc tính mềm ứng với trường hợp xấu khơng bao điểm (-1,j0) (hình 4.10), hệ thống có tính ổn định bền vững chất lượng cao Bộ điều chỉnh tối ưu hệ thống điều khiển áp suất có dạng: 0,085  0,004.S  0,006.S   R11   0,004 1   1,5.S  S  0,047.S  Bộ điều chỉnh có dạng điều chỉnh PID, điều chỉnh sử dụng phổ biến công nghiệp Các tham số điều chỉnh PID cho đối tượng áp suất: K=0,004; Ti=0,158; Td=0,129 d) Đánh giá chất lượng hệ thống Chỉ số thời gian điều chỉnh cho phép đánh giá độ tác động nhanh hay chậm hệ thống điều chỉnh tự động Giá trị lý thuyết thời gian điều chỉnh vô giá trị khơng phản ánh tốc độ tắt dần q trình qua độ Vì thời gian điều chỉnh thực tế giá trị tối thiểu mà từ đại lượng điều chỉnh sai lệch không đại lượng  > so với giá trị xác lập nó: h(t)-h()≤  với t ≥ tđ Trong  xác định vùng khơng nhạy điều chỉnh Quá trình độ hệ thống coi tắt hẳn sau thời gian điều chỉnh tđ Kể từ độ biến thiên đại lượng điều chỉnh không vượt khỏi vùng không nhạy điều chỉnh Trong thực tế  thường xác định từ (3-10)% giá trị xác lập h() đại lượng điều chỉnh Trong trường hợp h()=0 xác định  =(3-10)% giá trị định mức ví dụ theo giá trị tác động xung bậc thang Cùng điều kiện khác hệ thống có thời gian điều chỉnh ngắn có chất lượng cằng cao 1) Theo kênh đặt Tiến hành xây dựng đặc tính độ hệ thống theo kênh đặt ta thu kết sau: (hình 4.11) HVTH: Lê Văn Hùng 79 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện ngun tử Hình 4.11 Đặc tính q độ hệ thống kín theo kênh đặt Thời gian điều chỉnh: Tq = 2,768 phút Độ sai lệch động cực đại: y(t)max = 1,212 Độ điều chỉnh:   y (t ) max  y (t ) 1, 212  100%  100%  21, 2(%) y (t ) Độ điều chỉnh nằm khoảng cho phép   10  50% Độ tắt dần dao động trình độ:   0,959 Chỉ tiêu tích phân bình phương: e2 (t )  0,846 Đánh giá: Với tiêu chất lượng thu trên, thấy với điều chỉnh R11 trình điều khiển đạt kết tốt với thời gian điều chỉnh ngắn, độ điều chỉnh nằm giá trị cho phép, hệ thống tác động nhanh với thay đổi đầu vào HVTH: Lê Văn Hùng 80 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện ngun tử 2)Theo kênh nhiễu Hình 4.12: Đặc tính độ hệ thống kín theo kênh nhiễu Thời gian điều chỉnh: Tq = 7,843 phút Độ sai lệch động cực đại: y(t)max = 11,432 Độ điều chỉnh nằm khoảng cho phép   11, 432  100% Độ tắt dần dao động trình q độ:   0.96 Chỉ tiêu tích phân bình phương: e2 (t )  121, 229 Đánh giá: Với tiêu chất lượng thu trên, tín hiệu nhiễu có chiều hướng tiến bị dập tắt khoảng thời gian t = phút Thời gian tác động nhiều sai lệch cực đại không lớn Nếu muốn dập nhiễu nhanh ta tiến hành thiết lập thêm khử nhiễu e) Xây dựng khử nhiễu Để khử nhiễu cần thiết lập kênh song song với đường truyền tự nhiên Kênh điểm đo giá trị  qua khâu khử C(s) đưa trái dấu vào đầu vào điều chỉnh tiết kiệm dễ thực cơng suất tín hiệu địi hỏi khơng lớn HVTH: Lê Văn Hùng 81 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 4.13: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có khử nhiễu S C0 S b0 0,085.S C    2 R  a1S  a2 S  a1S  a2 S  0,518.S  0,076S Hình 4.14: Đặc tính q độ hệ thống kín theo kênh nhiễu (có khử nhiễu) HVTH: Lê Văn Hùng 82 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử 4.3 Kết luận: Với phần mềm CASCAD xây dựng tảng phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững chất lượng cao dựa khái niệm số dao động mềm, phương pháp nhận dạng mô hình hóa, phương pháp tối ưu hóa vượt khe, tính tốn thiết kế điều chỉnh cho sinh vịng tuần hồn thứ cấp với đối tượng áp suất vào tuabin Các điều chỉnh đảm bảo tính bền vững chất lượng cao với tiêu chất lượng mong muốn, thỏa mãn u cầu thiết kế vịng điều chỉnh thực điều khiển công suất tuabin nhà máy điện nguyên tử HVTH: Lê Văn Hùng 83 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử KẾT LUẬN Nội dung đề tài nghiên cứu “Hệ thống điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử” là: Các loại nhà máy điện nguyên tử; Hệ thống trao đổi nhiệt nhà máy điện nguyên tử; Phương pháp tổng hợp hệ thống theo quan điểm bền vững; Tính tốn điều khiển cơng suất nhiệt vịng tuần hồn thứ cấp nhà máy điện nguyên tử Năng lượng mà nhân loại sử dụng lâu dài thời gian tới phải dựa vào lượng nguyên tử, đặc trưng lượng nguyên tử nguồn lượng sạch, không phát thải CO2, SOx, NOx gây nhiễm khơng khí Nhiên liệu Uranium có kích thước nhỏ hàm chứa lượng lớn Vài chục Uranium có lượng tương đương với hàng triệu dầu Lượng chất thải phóng xạ phát sinh nhà máy điện nguyên tử so với lượng chất thải công nghiệp thông thường Tuy nhiên địi hỏi quản lý cách chặt chẽ, cất giữ bảo quản an toàn Nhà máy điện nguyên tử phải lựa chọn phương án thiết kế an tồn tối đa Nó thiết kế để cho dù có phát sinh tai nạn không gây thiệt hại, tổn thất cho tất cư dân sống xung quanh Có thể nói nửa nhà máy điện nguyên tử thiết bị an toàn Trong luận văn đưa cách tính tốn thử cho vịng điều chỉnh cơng suất cơng suất nhiệt vịng tuần hồn thứ cấp Phương pháp chỉnh định hệ thống áp dụng cho nhà máy điện nguyên tử thực tế Công nghệ điện hạt nhân vấn đề nước ta lần đề tài luận văn nhận nhiệm vụ nghiên cứu bước đầu vấn đề chắn cịn nhiều thiếu sót Rất mong thầy, cô ngành, trường, khoa, bạn đọc có ý kiến đóng góp tạo điều kiện để luận văn hoàn thiện HVTH: Lê Văn Hùng 84 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Mạnh (1994), Lý thuyết điều chỉnh trình nhiệt, Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Văn Mạnh (2002), Tổng hợp bền vững tối ưu hệ thống điều khiển đối tượng bất định, Thông báo khoa học, Hội nghị tồn quốc tự động hóa lần V – VICA, Hà Nội Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (2000), Điều khiển tối ưu bền vững, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Mạnh (1996), Tính tốn hệ thống điều khiển bền vững nhờ đặc tính tần số mở rộng (tiếng Nga), Tạp chí Năng lượng Nhiệt, Matxcơva Nguyen Van Manh (1997), ”Assessing the stability margin of linear multivariable control systems in accordance with a ”soft” oscillation index”, Thermal Enginering, Vol 44, No 10, p 809-815 Nguyen Van Manh, Vo Huy Hoan (2006), The new method for synthesizing industrial robust control system, 1st South East Asian Technical University Consortium (SEATUC) Symposium John I Levenhagen (1999), HVAC Controls system design diagrams, McGraw – Hill, Singapore 8.Lunze J (1999), Robust multivariable feedback control, Prentice Hall, New York Tài liệu: IAEA_TECDOC – 1474 năm 2005 10 Báo cáo tóm tắt hệ thống công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Viện lượng nguyên tử Việt Nam tháng năm 2011 HVTH: Lê Văn Hùng 85 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử PHỤ LỤC HVTH: Lê Văn Hùng 86 ... 28 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện nguyên tử Hình 1.20: Hệ thống thiết bị AES-2006 Hình 1.21: AES-2006 Novovoronezh HVTH: Lê Văn Hùng 29 Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ. .. ống bảo vệ hệ thống điều khiển bố trí phía vùng hoạt Điều cho phép điều khiển tự rơi vào vùng hoạt để dập lò cần thiết HVTH: Lê Văn Hùng Hệ thống điều khiển điều khiển bảo vệ nhà máy điện ngun tử. .. bảo vệ nhà máy điện nguyên tử CHƢƠNG CHU TRÌNH NHIỆT VÀ SỰ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ 2.1 Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt nhà máy điện nguyên tử Hình 2.1: Sơ đồ khối nhà máy điện