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在我国进行能源结构大调整的过程中,核电在满足国家能源供应安全、实施能源供给侧结构性改革中发挥了重要作用。随着工业信息化时代的到来和核电装机容量的不断增加,如何将快速发展的信息化技术与核电厂的传统控制相结合,在保证核电厂安全运行的前提条件下,满足核电厂参与大电网调功调频的需求具有很大的研究价值和实用价值。本文针对核反应堆堆芯变功率运行过程中的堆芯功率模型非线性和控制棒机械约束问题,将信息物理融合技术应用于反应堆堆芯功率控制,在保证堆芯安全运行的条件下,使堆芯功率快速准确地跟踪设定值。首先,根据中子动力学和堆芯热工水力学建立反应堆堆芯功率模型,基于福清M310-1000WM核电仿真机获取不同功率水平下的堆芯功率数据,并采用最小二乘算法辨识不同稳态功率水平下的模型参数。其次,针对堆芯变功率运行过程中的模型非线性和控制棒约束问题,设计具备模型参数在线辨识能力广义预测控制器,在每一个控制时刻根据系统的输入输出数据在线更新被控对象模型的参数,且针对传统广义预测控制器缺乏有效的控制量约束条件处理能力问题,采用经过正弦混沌策略和自适应惯性权重改进的粒子群算法实现广义预测控制的滚动优化,使得控制器具备堆芯控制棒棒速约束条件的处理能力。然后,为保证堆芯变功率运行过程中的安全性,设计非线性支持向量机用于堆芯冷却剂系统的故障诊断,基于福清M310-1000WM核电仿真机分别获取SG传热管小破口故障和环路热段管小破口故障下的160个数据样本集,用于训练和测试非线性支持向量机的诊断性能。最后,采用信息物理系统融合技术构建堆芯功率的信息物理系统,将具备约束条件处理能力的改进型广义预测控制器设定为物理层,用于达到在变功率运行过程中堆芯功率能快速准确地跟随设定值,提高堆芯功率的响应速度;多分类非线性支持向量机设定为信息层,在反应堆堆芯运行过程中,通过对稳压器水位、稳压器压力,安全壳温度、安全壳压力四个参数的监测来保证系统运行过程中的安全性。并通过OPC协议接口将MATLAB平台与福清M310-1000WM核电仿真机连接,构建变功率条件下的堆芯功率信息物理系统仿真平台。