Advanced reactors deployed in the coming decades will face deregulated energy markets, and may adopt flexible operation to boost profitability. To aid in the transition from baseload to flexible operation paradigm, autonomous operation is sought. This work focuses on the control aspect of autonomous operation. Specifically, a hierarchical control system is designed to support constraint enforcement during routine operational transients. Within the system, data-driven modeling, physics-based state observation, and classical control algorithms are integrated to provide an adaptable and robust solution. A 320 MW Fluoride-cooled High-temperature Pebble-bed Reactor is the design basis for demonstrating the control system. The hierarchical control system consists of a supervisory layer and low-level layer. The supervisory layer receives requests to change the system's operating conditions, and accepts or rejects them based on constraints that have been assigned. Constraints are issued to keep the plant within an optimal operating region. The low-level layer interfaces with the actuators of the system to fulfill requested changes, while maintaining tracking and regulation duties. To accept requests at the supervisory layer, the Reference Governor algorithm was adopted. To model the dynamics of the reactor, a system identification algorithm, Dynamic Mode Decomposition, was utilized. To estimate the evolution of process variables that cannot be directly measured, the Unscented Kalman Filter was adopted, incorporating a nonlinear model of nuclear dynamics. The composition of these algorithms led to a numerical demonstration of constraint enforcement during a 40 % power drop transient. Adaptability of the proposed system was demonstrated by modifying the constraint values, and enforcing them during the transient. Robustness was also demonstrated by enforcing constraints under noisy environments.


翻译:在未来几十年部署的先进反应堆将面临不受管制的能源市场,并可能采取灵活的操作来提高盈利能力。为了帮助从基负荷向灵活操作模式过渡,将寻求自主操作。这项工作侧重于自主操作的控制方面。具体地说,一个等级控制系统旨在支持常规运行中的限制执法。在系统内,数据驱动模型、物理基状态观测和经典控制算法将整合,以提供一个适应性和稳健的解决方案。一个320兆瓦氟化冷冷冷冷却的高温极温床反应堆是演示控制系统的设计基础。等级控制系统由监督层和低层组成。监管层接收关于改变系统运行条件的要求,并基于指定的限制接受或拒绝接受这些要求。在系统内部,数据驱动模型驱动、基于物理的状态观测和典型控制算法的低层界面界面,以完成所要求的变革,同时保持跟踪和管理职责。为了在监督层接受要求,采用了参考监算师的算法。为了模拟反应堆的动态,一个系统驱动力结构的升级变异性,一个测量的变异性演算法被使用。

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