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模块式高温气冷地核电站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技术,并采用“两堆带一机”的结构模型,具有非线性、强耦合、大滞后和参数时变等典型的大规模复杂系统的特征。如何解决HTR-PM电站多变量间的协调控制,从而实现快速平稳的大范围变负荷操作,是一个控制难题。HTR-PM电站运行、控制特性的分析基于计算机仿真,因此实现HTR-PM电站的快速仿真意义重大。论文在HTR-PM电站集总参数动态模型的基础上,针对HTR-PM电站的模拟、优化与控制问题开展了深入研究,取得了较好的研究成果。论文的主要研究内容包括：1.在现有的HTR-PM电站集总参数动态模型的基础上,根据IAPWS-IF97建立了HTR-PM电站集总参数动态模型中水和蒸汽的物性计算的机理方程。采用有限元正交配置法建立了HTR-PM电站全联立的离散化模型。采用嵌套序贯法和联立法进行HTR-PM电站的模拟仿真,并对两种方法的仿真结果从精度和速度上进行比较和分析。2.研究分析了HTR-PM电站工艺机理,以快速平稳变负荷为目标,建立了HTR-PM电站开环动态优化命题。采用联立法,对HTR-PM电站大范围变负荷操作进行了动态优化命题的仿真验证,并对动态优化在过程操作优化中的应用进行了展望。对集总参数动态模型中不光滑函数的来源以及对优化求解的影响进行了分析,并提出了有效的光滑化的处理方法。3.研究分析了HTR-PM电站运行控制的特点和难点,在分层递阶协调控制系统的框架下建立了基于机理模型的非线性预测控制器。基于联立法,建立了HTR-PM电站预测控制仿真平台。在仿真平台上进行了INMPC大范围变负荷、阶跃扰动和模型失配情况下控制性能的仿真验证。最后,在总结全文的基础上对后续的研究工作进行了展望。