模块式高温气冷堆核电站(High Temperature Gas Cooled Reactor Pebble-bed Module, HTR-PM)是一种具有第四代核能系统特征的新型核电站,它基于球床模块式高温气冷堆,并采用“两堆带一机”的电站结构模式,与现有压水堆或沸水堆核电站差别很大。因此,通过模拟、优化不同工况下的负载变化过程来控制整个电站模型的平稳、安全运行具有非常重要的意义。目前,高温气冷堆技术及其组成的“两堆带一机”运行结构方案,在核电站建设运行中尚属首例,它的控制及运行在国际国内均没有成熟经验可供借鉴。清华核能与新能源技术研究院前期已建立了整个核电站全厂范围主要系统的动态数学模型并通过仿真得到验证。本论文进一步针对高温气冷堆“两堆带一机”的模块化特性建立了一种模块式模型,可以高效、便捷的建模及求解,并讨论如何利用动态优化来提高变负荷过程的效率和性能指标。本文的主要成果包含以下三个方面的内容：●建立了HTR-PM电站的面向方程的模块化模型。采用模块化的建模方式建立了HTR-PM包括反应堆、控制棒及驱动机构、蒸汽发生器、蒸汽联箱系统、汽轮发电机组系统以及主氦风机和主给水泵等设备在内的核电站全厂范围主要系统的动态数学模型,并对模型进行了稳态和动态验证,兼顾了精确性和快速性的要求,为下一步的工作打下了坚实的基础。●进行了HTR-PM核电站降负荷工况下的动态优化。由于HTR-PM电站在实际运行过程中根据实际运行情况,目标功率需要经常进行切换。为了保障工况切换过程中整个电站的良好运行,本文采用单点打靶法,对优化变量采用线性形式的控制变量参数化,分别以最短降负荷时间和最佳控制品质为优化目标进行优化。进一步的仿真实验和结果分析表明,在一定范围内,通过动态优化可以减少工况切换时间,提高系统切换的效率和性能。●研究基于线性逼近和动态优化逼近的时间元变换方法,并对离线开环优化进行改进,提高大规模动态优化的效率和可靠性。由于HTR-PM大规模、多变量、高耦合的特性,为了提高控制变量参数化方法在进行优化求解时的效率,本文选择一种三层的算法,通过对问题描述进行相应的分解变形来进行求解。比较该方法与传统的参数化优化方法,离线优化的可操作性有了明显的改善,在目标函数变化不大的情况下,使用更少的参数化区间和求解时间。