Optimization of direct quality indexes of automatic control systems of steam generator productivity

Abstract

The system of automatic control of the productivity of the PGV-1000 steam generator of the power unit of the nuclear power plant with the WWER-1000 reactor is considered. This control system includes a system for automatically controlling the water level in the steam generator. The error signal, which is fed to the input of the productivity controller, is generated by the signal of the specified speed of the drive turbine, as well as pulses from the thermal power sensor and from the water and vapor pressure sensors. Based on the model of the water level control system in the steam generator, mathematical models of performance control systems have been developed under various control laws. To formulate optimization tasks for performance management systems, vectors from variable parameters of performance controllers are formed, constraints on these parameters are imposed, constraints are created for the areas of system stability, direct indexes of system quality are introduced, and a vector objective function is created that takes into account all imposed restrictions and quality criteria. Computational experiments on optimizing the controllers of productivity control systems were performed on the basis of direct quality indexes of systems by modified methods of step adaptation and Nelder – Mead. Analysis of the results of optimization of performance control systems allows us to conclude that, in comparison with the minimization of integral quadratic estimates, the optimization of direct quality indexes has made it possible to substantially improve the speed of the systems. The greatest value of the control time takes place for the differential controller, and the smallest identical values – for the proportional-integral and proportional-integral-differential regulators. Theoretically, the expediency of using a more simple proportional-integral controller in the steam generator productivity control system is justified. Additional analysis of the state variables in the productivity control system and comparison of transients before and after optimization allows us to conclude that the maximum deviation of the water level in the steam generator has decreased and its oscillations have disappeared. Also, fluctuations in water flow disappeared, the maximum deviation and oscillation of the control error decreas ed substantially, the overshoot and oscillations of other state variables practically disappeared. Thus, the optimization of the quality indexes of the automatic control system of the steam generator’s productivity has made it possible to significantly improve the main processes in it.Розглянуто систему автоматичного управління продуктивністю парогенератора ПГВ-1000 енергоблоку атомної електричної станції з реактором ВВЕР-1000. Ця система управління включає систему автоматичного управління рівнем води в парогенераторі. Сигнал помилки, який надходить на вхід регулятора продуктивності, формується сигналом заданої частоти обертання приводної турбіни, а також імпульсами з датчика теплової потужності та з датчиків тиску води і пари. На підставі моделі системи управління рівнем води в парогенераторі розроблені математичні моделі систем управління продуктивністю при різних законах регулювання. Для постановки задач оптимізації систем управління продуктивністю сформовані вектори зі змінних параметрів регуляторів продуктивності, накладені обмеження на ці параметри, сформовані обмеження для областей стійкості систем, введені прямі показники якості систем і сформована векторна цільова функція, яка враховує всі введені обмеження і критерії якості. Проведено обчислювальні експерименти з оптимізації регуляторів систем управління продуктивністю на підставі прямих показників якості систем модифікованими методами адаптації кроку і Нелдера – Міда. Аналіз результатів оптимізації систем управління продуктивністю дозволяє зробити висновок, що в порівнянні з мінімізацією інтегральних квадратичних оцінок оптимізація прямих показників якості дозволила істотно підвищити швидкодію систем. Найбільше значення часу регулювання має місце для диференціального регулятора, а найменші однакові значення – для пропорційно-інтегрального і пропорційно-інтегрально-диференціального регуляторів. Теоретично обґрунтовано доцільність застосування в системі управління продуктивністю парогенератора більш простого пропорційно-інтегрального регулятора. Додатковий аналіз змінних стану в системі управління продуктивністю і порівняння перехідних процесів до і після оптимізації дозволяє зробити висновок, що зменшилося максимальне відхилення рівня води в парогенераторі та зникли його коливання. Також зникли коливання витрати води, істотно знизилися максимальне відхилення і коливання помилки управління, практично зникли перерегулювання і коливання інших змінних стану. Таким чином, оптимізація показників якості системи автоматичного управління продуктивністю парогенератора дозволила істотно поліпшити основні процеси, котрі в ній протікають.