Brevet FR3077412A1 — publié le 20190802

Procédé de régulation de paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire et réacteur nucléaire correspondant La présente invention concerne la régulation de paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire. Compte tenu de la part importante du nucléaire dans le mix énergétique français, l'introduction massive de sources d'énergies renouvelables (éolien et solaire) sur le réseau électrique induit un besoin supplémentaire de flexibilité de production d'énergie, se reportant sur les réacteurs nucléaires. La flexibilité traduit la capacité d'une unité de production d'électricité à adapter sa production. Les énergies renouvelables ont la particularité d'être intermittentes dans le temps ou en fonction des aléas climatiques. En l'absence de système de stockage de masse d'énergie, cette hausse de flexibilité induit un besoin accru de réglage de la puissance mise à disposition par les générateurs traditionnels, y compris les réacteurs nucléaires en France. Par ailleurs, la régulation des paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire doit se faire en respectant un cahier des charges multi-objectifs très contraignant. Notamment, les systèmes de régulation doivent minimiser les variations des paramètres opératoires et minimiser les sollicitations sur les actionneurs. A l'heure actuelle, les systèmes de régulation des réacteurs nucléaires sont basés sur des PID. Ils ne peuvent prendre en compte ces dernières contraintes que de manière très imparfaite.. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer selon un premier aspect un procédé de régulation de paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire offrant un surcroît de flexibilité, tout en permettant le respect d'un cahier des charges multi-objectifs très contraignant. A cette fin, l'invention porte sur un procédé de régulation de paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire, ces paramètres opératoires comprenant au moins la température moyenne du coeur, et le déséquilibre axial de puissance, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d'une valeur courante d'au moins une entrée; - acquisition d'une valeur courante d'un vecteur de sorties, les sorties comprenant au moins les paramètres opératoires ; - élaboration d'une valeur de référence du vecteur des sorties, en utilisant la valeur courante de l'au moins une entrée; - élaboration d'un vecteur de valeurs de commandes du réacteur nucléaire par un superviseur mettant en oeuvre un algorithme de commande prédictive, en utilisant au moins ladite valeur courante de l'au moins une entrée et la valeur courante du vecteur des sorties ; 2 - élaboration d'un vecteur de valeurs correctives des commandes du réacteur nucléaire par un régulateur mettant en oeuvre un algorithme de commande à gains séquencés, en utilisant la valeur courante du vecteur des sorties et la valeur de référence du vecteur des sorties ; 5 - élaboration d'un vecteur de valeurs corrigées des commandes du réacteur nucléaire, en utilisant le vecteur des valeurs des commandes élaboré par le superviseur et le vecteur des valeurs correctives des commandes élaboré par le régulateur; - régulation des paramètres opératoires du réacteur nucléaire, en commandant des actionneurs en utilisant le vecteur des valeurs corrigées des commandes. 10 Le procédé de régulation peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le réacteur nucléaire comprend : * une cuve; 15 * un coeur comprenant une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, placé dans la cuve; * des grappes de contrôle de la réactivité du coeur, et des mécanismes configurés pour déplacer chaque grappe dans le sens d'une insertion dans le coeur ou dans le sens d'une extraction hors du coeur; 20 * un circuit primaire de refroidissement du coeur dans lequel circule un fluide caloporteur primaire, comprenant des branches froide et chaude piquées sur la cuve et par lesquelles le fluide caloporteur primaire respectivement pénètre dans la cuve et sort de la cuve; * un circuit d'injection, configuré pour sélectivement injecter dans le fluide 25 caloporteur primaire un poison neutronique ou du fluide diluant sans poison neutronique ; les commandes comprenant au moins une vitesse de déplacement des grappes de contrôle et au moins un débit d'injection de poison neutronique ou de fluide diluant ; - les grappes sont déplacées par groupes, un ou plusieurs groupes étant rassemblés dans un premier ensemble, les commandes comprenant au moins une 30 vitesse de déplacement du ou des groupes du premier ensemble ; - d'autres groupes sont rassemblés dans un second ensemble, les commandes comprenant, en plus de la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble, au moins une vitesse de déplacement des groupes du second ensemble ; - les groupes du premier ensemble sont déplacés séquentiellement ; 35 - le premier ensemble ne comporte qu'un seul groupe ; 3 - les paramètres opératoires comprennent en outre la position d'insertion des groupes du premier ensemble ; - le réacteur nucléaire comprend une ou plusieurs turbines alimentées en vapeur par le circuit primaire, l'au moins une entrée étant une puissance demandée à la ou aux 5 turbines du réacteur nucléaire ; - la puissance fournie par la ou les turbines du réacteur nucléaire comprend une puissance programmée suivant un programme prédéterminé, par exemple prédéterminé pour une période d'au moins une journée, et une perturbation de puissance, la valeur de référence du vecteur des sorties étant élaborée en utilisant ladite puissance programmée 10 seule ; - les sorties comprennent, en plus des paramètres opératoires, une température du fluide caloporteur primaire dans la branche chaude, et une puissance thermique du coeur ; - l'algorithme de commande à gains séquencés comprend une pluralité de 15 régulateurs linéaires, chacun déterminé pour un point de fonctionnement déterminé du réacteur nucléaire, lesdits points de fonctionnement étant échelonnées pour couvrir une fourchette de puissance du réacteur nucléaire allant de 25% à 100% d'une puissance nominale du réacteur nucléaire ; - chaque point de fonctionnement est caractérisé par une position d'insertion 20 déterminée du premier ensemble de groupes ; - chaque régulateur linéaire s'exprime sous la forme suivante : uK = Kp(s) y1 + Ki(s) y2 avec yi=y et y2=z où Kp et Ki sont des matrices de gains, s la variable de Laplace, y étant un vecteur d'écart de sorties entre la valeur courante du vecteur des sorties et la valeur de référence du 25 vecteur des sorties, z étant un vecteur d'écart de paramètres opératoires entre la valeur courante du vecteur des paramètres opératoires à contrôler et la valeur de référence du vecteur des paramètres opératoires à contrôler, et uK étant le vecteur des valeurs correctives des commandes ; - le procédé comprend une étape d'obtention des régulateurs linéaires, comportant 30 pour chaque régulateur linéaire les sous-étapes suivantes : * élaboration d'un modèle linéarisé du réacteur nucléaire par linéarisation d'un modèle non linéaire du réacteur nucléaire au point de fonctionnement correspondant, le modèle linéarisé mettant en relation : - le vecteur d'écart de sortie et le vecteur d'écart de paramètres 35 opératoires d'une part, avec 4 - l'un au moins d'une perturbation de l'au moins une entrée, d'une perturbation du vecteur des valeurs des commande, d'une perturbation du vecteur d'écart de sortie et du vecteur des valeurs correctives des commande d'autre part ; le modèle linéarisé et le régulateur linéaire formant ainsi un système bouclé pour ladite 5 position d'insertion; * détermination de contraintes de fonctionnement du réacteur nucléaire à respecter pour des perturbations prédéterminées de l'au moins une entrée ou des perturbations prédéterminées du vecteur des valeurs des commande ou des perturbations prédéterminées du vecteur d'écart de sortie; 10 * traduction de chaque contrainte de fonctionnement en une condition numérique à respecter pour une fonction de transfert entre : - la perturbation de l'au moins une entrée, ou la perturbation du vecteur des valeurs des commande, ou la perturbation du vecteur d'écart de sortie d'une part, et 15 - soit l'écart entre la valeur courante d'un des paramètres opératoires et la valeur de référence dudit paramètre opératoire, soit l'écart entre la valeur courante d'une des sortie et la valeur de référence de ladite sortie, soit l'une des valeurs correctives des commandes d'autre part; * détermination des gains des matrices de gain Kp et KI, lesdits gains étant 20 déterminés par un algorithme d'optimisation de manière à stabiliser au moins le système bouclé pour le point de fonctionnement correspondant et à satisfaire les conditions numériques correspondant à toutes les contraintes de fonctionnement ; - une ou plusieurs des contraintes de fonctionnement suivantes sont prises en compte pour obtenir le régulateur linéaire : 25 * l'écart 87'm entre la valeur courante de Tm et la valeur de référence Tm,'f est compris entre -ATP, ax et + AT,'nnax ; *- l'écart MO entre la valeur courante de AO et la valeur de référence AO'f est compris entre -AilOmax et AilOmax ; * la vitesse de déplacement des grappes est inférieure à VT._. : uarxr e s 30 * la variation de concentration de poison neutronique est inférieure à unr , ur étant la vitesse d'augmentation de la concentration en poison neutronique dans le circuit primaire résultant d'une injection de poison neutronique à un débit rboarx ; à respecter au moins pour une perturbation qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant 35 compris entre 5 et 15% ; 5 - ladite ou lesdites contraintes de fonctionnement sont traduites en une ou plusieurs des conditions numériques suivantes : * 11%. 1, où T87,m,dp est la fonction de transfert entre ledit Ann,ax échelon de puissance et 87,,, avec WT = , 3,Pm'=P°o.PN ; mAPmax 5 * 11WAO. T8A0->dp Mc° dp est la fonction de transfert entre ledit AA0max échelon de puissance et (SAO, avec W AO = , zArmax=P%.PN ; max * 11WK-TVbarres->dp1100 1, où TVbarres->dp est la fonction de transfert entre n'g- es ledit échelon de puissance et la vitesse de déplacement des grappes, avec WK =Vbc 5 no max * 11WQ.Tu.2_)dp11 Co 1, où TuQ,dp est la fonction de transfert entre ledit 10 échelon de puissance et la variation de concentration du poison neutronique, avec W= Q APmax - la contrainte de fonctionnement suivante est prise en compte pour obtenir le régulateur linéaire : * l'écart 8P - bank entre la valeur courante de P - bank et la valeur de référence 15 de Pbank,ref est compris entre -3,Ppanxk et APPaanxk à respecter au moins pour une perturbation qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant compris entre 5 et 15% ; - ladite contrainte de fonctionnement est traduite en la condition numérique 20 suivante : * 11WP-T8Pbank->ciP1100 1, où Tsp bank->dP est la fonction de transfert entre ledit échelon de puissance et 8 - -P bank , avec Wp = AP'bnaanxk APmax=1:mo.PN ; P ma - la contrainte de fonctionnement suivante est prise en compte pour obtenir le régulateur linéaire : 25 * une perturbation qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant compris entre 5 et 15%, entraîne une variation minimum des paramètres opératoires ; ladite contrainte étant traduite en la condition numérique suivante : * minKEdWz. T'dp112, où K désigne les matrices de gain Kp et K,, Q 30 désigne l'ensemble des matrices de gains stabilisant le système bouclé, T'dp est la umQax 6 fonction de transfert entre ledit échelon de puissance et le vecteur d'écart de paramètres opératoires, W, est une matrice de pondération fréquentielle prédéterminée ; - chaque modèle linéarisé prend en compte le retard lié à l'injection du poison neutronique en utilisant les équations suivantes : dc b 5 - (t) = uQ , uQ = RB(S). uQ ;RB(S) = (1+1risr où Cb est la concentration en poison neutronique dans le ou chaque circuit primaire ; u,2 est la commande d'augmentation de la concentration en poison neutronique dans le circuit primaire résultant d'une commande d'injection de poison neutronique à un débit Qbor, u(2 est la commande retardée d'augmentation de la concentration en poison 10 neutronique dans le circuit primaire; s est la variable de Laplace ; h est la valeur du retard considéré, typiquement compris entre 100 et 500 secondes; n est un entier compris 3 et 15; - à un point de fonctionnement déterminé, les gains des matrices de gain Kp et Ki sont déterminés par l'algorithme d'optimisation de manière à stabiliser le système bouclé 15 pour ledit point de fonctionnement déterminé et à stabiliser les systèmes bouclés pour au moins les deux points de fonctionnement déterminés voisins, tout en satisfaisant les conditions numériques correspondant à toutes les contraintes de fonctionnement ; - l'algorithme de commande prédictive du superviseur utilise ledit modèle non linéaire du réacteur nucléaire. 20 Selon un second aspect, l'invention porte sur un réacteur nucléaire comprenant : - un coeur et un ensemble de régulation de paramètres opératoires du coeur, ces paramètres opératoires comprenant au moins la température moyenne du coeur et le déséquilibre axial de puissance, le réacteur nucléaire comprenant en outre: * un organe d'acquisition d'une valeur courante d'au moins une entrée ; 25 * un organe d'acquisition d'une valeur courante d'un vecteur de sorties, les sorties comprenant au moins les paramètres opératoires ; - l'ensemble de régulation comprenant : * un module d'élaboration d'une valeur de référence du vecteur des sorties, en utilisant la valeur courante de l'au moins une entrée; 30 * un superviseur programmé pour élaborer un vecteur de valeurs de commandes du réacteur nucléaire en mettant en oeuvre un algorithme de commande prédictive, en utilisant au moins ladite valeur courante de l'au moins une entrée et la valeur courante du vecteur des sorties ; * un régulateur programmé pour élaborer un vecteur de valeur correctives 35 des commandes du réacteur nucléaire en mettant en oeuvre un algorithme de commande n 7 à gains séquencés, en utilisant la valeur courante du vecteur des sorties et la valeur de référence du vecteur des sorties ; * un module d'élaboration d'un vecteur de valeur corrigées des commandes du réacteur nucléaire, en utilisant le vecteur des valeurs des commandes élaboré par le 5 superviseur et le vecteur des valeurs correctives des commandes élaboré par le régulateur ; * un module de régulation des paramètres opératoires du réacteur nucléaire, commandant des actionneurs en utilisant le vecteur (U) des valeurs corrigées des commandes. 10 Le réacteur nucléaire peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le réacteur nucléaire comprend : * une cuve ; 15 * un coeur comprenant une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, placé dans la cuve; * des grappes de contrôle de la réactivité du coeur, et des mécanismes configurés pour déplacer chaque grappe dans le sens d'une insertion dans le coeur ou dans le sens d'une extraction hors du coeur; 20 * un circuit primaire de refroidissement du coeur dans lequel circule un fluide caloporteur primaire, comprenant des branches froide et chaude piquées sur la cuve et par lesquelles le fluide caloporteur primaire respectivement pénètre dans la cuve et sort de la cuve; * un circuit d'injection, configuré pour sélectivement injecter dans le fluide 25 caloporteur primaire un poison neutronique ou du fluide diluant sans poison neutronique ; les commandes comprenant au moins une vitesse de déplacement des grappes de contrôle et au moins un débit d'injection de poison neutronique ou de fluide diluant ; - l'ensemble de régulation est configuré pour déplacer les grappes par groupes, un ou plusieurs groupes étant rassemblés dans un premier ensemble, les commandes 30 comprenant au moins une vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble ; - d'autres groupes sont rassemblés dans un second ensemble, les commandes comprenant, en plus de la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble, au moins une vitesse de déplacement des groupes du second ensemble ; - les groupes du premier ensemble sont déplacés séquentiellement ; 35 - le premier ensemble ne comporte qu'un seul groupe ; 8 - les paramètres opératoires comprennent en outre la position d'insertion des groupes du premier ensemble ; - le réacteur nucléaire comprend une ou plusieurs turbines alimentées en vapeur par le circuit primaire, l'au moins une entrée étant une puissance demandée à la ou aux 5 turbines du réacteur nucléaire ; - la puissance fournie par la ou les turbines du réacteur nucléaire comprend une puissance programmée suivant un programme prédéterminé, par exemple prédéterminé pour une période d'au moins une journée, et une perturbation de puissance, la valeur de référence du vecteur des sorties étant élaborée en utilisant ladite puissance programmée 10 seule ; - les sorties comprennent, en plus des paramètres opératoires, une température du fluide caloporteur primaire dans la branche chaude, et une puissance thermique du coeur ; - l'algorithme de commande à gains séquencés comprend une pluralité de 15 régulateurs linéaires, chacun déterminé pour un point de fonctionnement déterminé du réacteur nucléaire, lesdits points de fonctionnement étant échelonnées pour couvrir une fourchette de puissance du réacteur nucléaire allant de 25% à 100% d'une puissance nominale du réacteur nucléaire ; - chaque point de fonctionnement est caractérisé par une position d'insertion 20 déterminée du premier ensemble de groupes ; - chaque régulateur linéaire s'exprime sous la forme suivante : uK = Kp(s) y1 + Ki(s) y2 avec yi=y et y2=z où Kp et Ki sont des matrices de gains, s la variable de Laplace, y étant un vecteur d'écart de sorties entre la valeur courante du vecteur des sorties et la valeur de référence du 25 vecteur des sorties, z étant un vecteur d'écart de paramètres opératoires entre la valeur courante du vecteur des paramètres opératoires à contrôler et la valeur de référence du vecteur des paramètres opératoires à contrôler, et uK étant le vecteur des valeurs correctives des commandes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description 30 détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique du procédé de régulation de l'invention ; - La figure 2 est une représentation schématique d'un réacteur nucléaire dans lequel le procédé de la figure 1 est susceptible d'être mis en oeuvre ; 35 - La figure 3 est une représentation schématique de la séquence d'insertion des groupes du premier ensemble, pour une variante du procédé de régulation adaptée du mode T ; 9 - La figure 4 illustre de manière schématique la différence entre le régulateur à gains séquencés et le superviseur ; - La figure 5 est une représentation schématique de l'algorithme de commande à gains séquencés ; 5 - La figure 6 est une représentation schématique d'une étape d'obtention des régulateurs linéaires de l'algorithme de commande à gains séquencés ; - La figure 7 est une représentation graphique d'un signal de perturbation en échelon utilisé pour l'étape d'obtention des régulateurs linéaires de la figure 6 ; - La figure 8 est une représentation schématique illustrant une variante de réalisation 10 dans laquelle les régulateurs linéaires sont déterminés par zone ; - La figure 9 est une représentation schématique du superviseur ; - La figure 10 est une représentation graphique de l'évolution de la puissance demandée à la turbine quand le réacteur fonctionne en réglage de fréquence ; - La figure 11 illustre est une représentation graphique des performances obtenues avec 15 le superviseur seul dans le cas de fonctionnement de la figure 10 ; - Les figures 12 à 19 sont des représentations graphiques des résultats obtenus avec le procédé de l'invention, pour une puissance demandée à la turbine formant une rampe 100%-60%-100% PN à 5°/0PN/min ; - Les figures 20 à 26 sont des représentations graphiques des résultats obtenus avec le 20 procédé de l'invention, pour une puissance demandée à la turbine formant un échelon descendant de puissance 100%-90% PN ; et - Les figures 27 à 33 sont des représentations graphiques des résultats obtenus avec le procédé de l'invention, pour une puissance demandée à la turbine formant une rampe 100%-70% PN à 5%PN/min avec réglage de fréquence. 25 Le procédé représenté schématiquement sur la figure 1 vise à réguler des paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire 1 représenté schématiquement sur la figure 2. Le réacteur nucléaire 1 comprend : - une cuve 3 ; 30 - un coeur 5 comprenant une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, placé dans la cuve 3 ; - des grappes 7 de contrôle de la réactivité du coeur, et des mécanismes 9 configurés pour déplacer chaque grappe 7 dans le sens d'une insertion dans le coeur 5 ou dans le sens d'une extraction hors du coeur 5 ; 35 - un circuit primaire 10 de refroidissement du coeur 5 dans lequel circule un fluide caloporteur primaire, comprenant des branches froide et chaude 11, 13 piquées sur la 10 cuve 3 et par lesquelles le fluide caloporteur primaire respectivement pénètre dans la cuve 3 et sort de la cuve 3 ; - un circuit d'injection 15, configuré pour sélectivement injecter dans le fluide caloporteur primaire un poison neutronique ou du fluide diluant sans poison neutronique. 5 Le poison neutronique est typiquement du bore. Le fluide diluant est typiquement de l'eau. Typiquement, le circuit primaire 10 comprend une ou plusieurs boucles, chacune avec une branche chaude et une branche froide. Le réacteur nucléaire 1 comprend une ou plusieurs turbines 17 alimentées en 10 vapeur par le circuit primaire 10. Le réacteur nucléaire 1 est typiquement un REP (Réacteur à Eau Pressurisée). Il comprend un générateur de vapeur 19 pour chaque boucle du circuit primaire 10. Chaque boucle relie en circuit fermé la cuve 3 à un côté primaire du générateur de vapeur 19 associé. Par ailleurs, le réacteur nucléaire 1 comprend un circuit secondaire 21 reliant en 15 circuit fermé un côté secondaire du ou de chaque générateur de vapeur 19 à la turbine 17 associée. La turbine 17 entraîne un alternateur 23. En variante, le fluide caloporteur primaire entraîne directement chaque turbine. Le réacteur nucléaire 1 comporte encore un ensemble 25 de régulation de paramètres opératoires du coeur, appelé typiquement Core Control, c'est-à-dire 20 « Contrôle du coeur » en français. L'ensemble de régulation 25 comprend par exemple une unité de traitement d'informations, formée d'un processeur et d'une mémoire associée au processeur (non représentés). En variante, l'ensemble de régulation 25 est réalisé sous forme de composants logiques programmables tels que des FGPA (de l'anglais Field-Programmable Gate Array), ou encore sous forme de circuits intégrés 25 dédiés tels que des ASIC (de l'anglais Application-Specific Integrated Circuit). L'ensemble de régulation 25 est configuré pour déplacer les grappes 7 par groupes fonctionnels. Les grappes d'un même groupe sont déplacées ensemble, et sont toujours toutes à la même position d'insertion. Les groupes sont avantageusement répartis en un ou plusieurs ensembles. La 30 répartition des groupes et leur utilisation dépend du mode de pilotage du réacteur nucléaire. Dans certains modes de pilotage, plusieurs groupes sont rassemblés dans un premier ensemble. Dans ce cas, les groupes du premier ensemble sont déplacés typiquement 35 séquentiellement. On entend par là qu'ils sont insérés les uns après les autres, avec un 11 recouvrement qui est prédéterminé, comme décrit plus bas. En variante, le recouvrement est variable. Selon une variante de réalisation, tous les groupes du premier ensemble sont déplacés conjointement. On entend par là qu'ils sont toujours tous à la même position 5 d'insertion et se déplacent ensemble. Dans d'autres modes de pilotage, le premier ensemble ne comporte qu'un seul groupe. Dans certains modes de pilotage, d'autres groupes sont rassemblés dans un second ensemble. 10 Dans ce cas, les groupes du second sous-ensemble sont typiquement déplacés conjointement. Dans d'autres modes de pilotage, tous les groupes sont rassemblés dans le premier ensemble, et il n'existe pas de second ensemble. Dans encore d'autres modes de pilotages, certains groupes sont rassemblés en 15 un troisième ensemble, venant en plus des premier et second ensembles. Dans tous les cas, l'ensemble de régulation déplace les groupes d'un même ensemble de manière coordonnée (séquentiellement, conjointement, etc). L'ensemble de régulation déplace les groupes du ou de chaque ensemble pour contrôler le fonctionnement du réacteur, notamment pour réguler les paramètres opératoires. 20 Plusieurs exemples de mode de pilotage, vont être détaillés ci-dessous, inspirés respectivement des modes T, G et A. Dans un mode de pilotage inspiré du mode T, particulièrement adapté à l'EPR (European Pressurized Reactor), les groupes sont répartis en deux ensembles: - le premier ensemble, appelé Pbank ; 25 - le second ensemble, appelé Hbank. Le premier ensemble est particulièrement bien adapté pour le contrôle de la température moyenne Tm. Le second ensemble Hbank est particulièrement bien adapté pour le contrôle de l'axial offset AO. Les premier et second ensembles sont à composition variable, comme décrit plus 30 bas. Par exemple, les grappes de contrôle 7 sont regroupées en 5 groupes P1 à P5. Comme montrés sur la figure 3, les groupes P1 à P5 composent les groupes Pbank et Hbank de la manière suivante : - A 100% de la puissance nominale PN du réacteur, Pbank est composé de P1 et Hbank 35 de P2 à P5. Pbank est légèrement plus inséré que Hbank. 12 - Lorsque la puissance diminue jusqu'à 85%PN, Pbank s'insère de manière à contrôler la température moyenne sur sa référence. La baisse de puissance engendre des variations d'AO contrôlées par Hbank. - La puissance continue de diminuer. Lorsque La distance entre P1 et P2 devient égale à 5 l'écartement maximal entre deux groupes de grappes (une demi-hauteur de coeur), P2 se désolidarise du groupe Hbank et passe dans le groupe Pbank. Il s'insère alors avec P1. - Lorsque la puissance continue à diminuer, Pbank continue à s'insérer. Quand la distance maximale entre P2 et P3 est atteinte, P3 passe dans Pbank et s'insère, et ainsi de suite avec P4. 10 La séquence serait la même si les grappes de contrôle étaient regroupées en un nombre différent de groupes. Ainsi, les groupes du premier ensemble Pbank sont déplacés séquentiellement. Les groupes du second ensemble Hbank sont déplacés conjointement. On entend ici par position du premier ensemble Pbank la position cumulée des 15 groupes appartenant au premier ensemble. Cette position est notée Pbank bank - Par exemple, la position Pbank bank Pbank = min(P4, 214) + min(P3, 214) + min(P2, 214) + où P1, P2 , P3 et P4 désignent respectivement les positions des groupes P1 à P4. La valeur 214 est choisie pour une position mi-coeur des groupes de grappes. La position est 20 exprimée en nombre de pas d'extraction à partir de la position d'insertion maximum des groupes On entend ici par position du second ensemble Hbank la position du groupe P5, qui n'est jamais intégré dans le premier ensemble Pbank. Dans un second mode de pilotage, inspiré du mode G, les groupes sont répartis 25 en deux ensembles: - le premier ensemble comprend un seul groupe, le groupe R, formé de grappes noires, c'est-à-dire de grappes très absorbantes ; - le second ensemble, appelé GCP pour Groupe de Compensation de Puissance, est formé des groupes G1 et G2 (G pour grappes grises) et groupes N1 et N2 (N pour 30 grappes noires). Les grappes grises sont relativement moins absorbantes que les grappes noires. Les groupes de ce second sous ensemble s'insèrent séquentiellement. Avantageusement, ils sont insérés en fonction de la puissance électrique demandée à la turbine. 35 Dans ce second mode de pilotage, l'AO est avantageusement contrôlé principalement par des injections de poison neutronique ou de diluant. est calculée en utilisant l'équation suivante : 13 Dans un troisième mode de pilotage, inspiré du mode A, les groupes fonctionnels sont tous rassemblés dans le premier ensemble, désigné ici par le sigle DCBA. Celui-ci est typiquement composé de quatre groupes A, B, C et D, qui s'insèrent séquentiellement comme le Pbank. 5 Le premier ensemble est particulièrement bien adapté pour le contrôle de la température moyenne Tm. Dans ce troisième mode de pilotage, l'AO est avantageusement contrôlé principalement par des injections de poison neutronique ou de diluant. Les paramètres opératoires à contrôler comprennent au moins la température 10 moyenne du coeur Tm et le déséquilibre axial de puissance AO. La température moyenne du coeur Tm est définie ici comme étant la moyenne entre Tf et Tc, Tf et T, étant les températures du fluide caloporteur primaire à la sortie du coeur 3 et à l'entrée du coeur 3, c'est-à-dire au niveau des branches chaude et froide 13 et 11. Quand le circuit primaire comporte plusieurs boucles, on considère par exemple la 15 moyenne des températures des branches chaudes et froides des circuits primaires. Le déséquilibre axial de puissance AO est exprimé à l'aide de la relation suivante : AO = (FH - FB) / (FH + FB) où FH et FB sont les flux neutroniques respectivement dans les parties haute et basse du coeur. 20 Avantageusement, les paramètres opératoires à contrôler comprennent en outre la position Pbank des groupes du premier ensemble. Ceci est le cas typiquement au moins pour le premier mode de pilotage du réacteur. Ceci revient à contrôler le paramètre opératoire Pmax, c'est-à-dire la puissance 25 maximum pouvant être atteinte en extrayant rapidement les groupes jusqu'à leur position d'extraction maximum. En effet, le Pmax est avantageusement traduit en une position de référence du groupe Pbank permettant de compenser le défaut de puissance. Le contrôle du Pmax revient donc à contrôler la position du groupe Pbank selon un profil d'insertion déterminé 30 en fonction de la puissance du coeur et de la puissance à laquelle l'opérateur veut pouvoir retourner. Par exemple un Pmax de 100%PN signifie que la position du groupe Pbank permet de retourner à 100%PN uniquement par son extraction. Pour les second et troisième modes de pilotage du réacteur, la position Pbank des groupes du premier ensemble ne fait typiquement pas partie des paramètres opératoires 35 à contrôler. Ceux-ci ne comportent que Tm et AO. 14 Le procédé de régulation prend en compte au moins une entrée et plusieurs sorties, comme visible sur la figure 1. L'au moins une entrée est typiquement une puissance demandée à la ou aux turbines du réacteur nucléaire. 5 Typiquement, la puissance fournie par la ou les turbines 17 du réacteur nucléaire comprend deux composantes : une puissance programmée Du, suivant un programme prédéterminé, et une perturbation de puissance dp. La puissance programmée est par exemple prédéterminé pour une période d'au moins une journée La perturbation de puissance correspond par exemple à un réglage intervenu dans le fonctionnement du 10 circuit primaire, ou du circuit secondaire, à un échelon de réserve de charge, etc. Selon une variante de réalisation, on entend par puissance demandée à la ou aux turbines du réacteur nucléaire la puissance programmée Du. Selon une autre variante de réalisation, on entend par puissance demandée à la ou aux turbines du réacteur nucléaire la puissance fournie Dp, avec Dp = Du + dp. 15 Les sorties comprennent de préférence, en plus des paramètres opératoires, la température T, du fluide caloporteur primaire dans la branche chaude 13, et la puissance thermique du coeur Pk. Pour permettre la régulation, le réacteur nucléaire 1 comporte : - un organe d'acquisition 27 d'une valeur courante de l'au moins une entrée ; 20 - un organe d'acquisition 29 d'une valeur courante d'un vecteur des sorties. Le réacteur nucléaire 1 comporte un système de pilotage équipé d'un ensemble de capteurs permettant d'accéder aux valeurs courantes des grandeurs suivantes : Tc, Tf, AO, la puissance du coeur PK, et P - bank Le système de pilotage peut également fournir Du et est équipé de capteurs 25 permettant d'accéder à Dp. L'organe d'acquisition 27 est configuré pour acquérir la valeur courante de la puissance demandée à la ou aux turbines directement auprès du système de pilotage. L'organe d'acquisition 29 est configuré pour acquérir les valeurs courantes de certaines sorties directement auprès du système de pilotage, notamment Tc, AO, PK, et 30 P bank L'organe d'acquisition 29 est configuré pour calculer les valeurs courantes des autres sorties à partir de valeurs fournies par le système de pilotage, notamment Tm. Les organes d'acquisition 27 et 29 sont par exemple des modules de l'ensemble de régulation 25 ou renseignent directement l'ensemble de régulation 25. Dans le procédé de régulation, les paramètres opératoires sont régulés en 35 donnant des commandes à des actionneurs. 15 Ces commandes comprennent avantageusement au moins une vitesse Vbarres de déplacement des grappes de contrôle, et au moins un débit d'injection de poison neutronique ou de fluide diluant. Dans certains modes de pilotage (le premier mode de pilotage par exemple), la au 5 moins une vitesse Vbarres de déplacement des grappes de contrôle comprend typiquement la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble Pbank et la vitesse de déplacement des groupes du second ensemble Hbank. Ces vitesses correspondent aux dérivées dans le temps de la position du premier ensemble Pbank bank telle que définie plus haut et de la position du second ensemble Hbank 10 telle que définie plus haut. Ces vitesses sont notées vP - bank et vHbank respectivement. Dans d'autres modes de pilotage (les second et troisième modes de pilotage par exemple), la au moins une vitesse Vbarres de déplacement des grappes de contrôle correspond typiquement à la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble. 15 Le débit d'injection de poison neutronique ou de fluide diluant est typiquement exprimé sous la forme d'un taux de variation de la concentration en poison neutronique dans le fluide caloporteur primaire noté uQ. Dans d'autre cas, elle est exprimée sous la or b , forme d'un débit massique injecté dans le fluide caloporteur primaire, noté 0 ou 0 Les commandes sont élaborées par l'ensemble de régulation 25, qui les 20 transmets à des actionneurs. Les actionneurs sont les mécanismes 9 d'entraînement des grappes, et le circuit d'injection 15 de poison neutronique ou de fluide diluant. Le procédé de régulation est conçu pour respecter un cahier des charges, c'est-à-dire une pluralité d'objectifs. Ces contraintes vont être décrites seulement pour le premier mode de pilotage. 25 Le Core Control est contraint par un domaine d'opération autorisé dans lequel les déviations des paramètres opératoires par rapport à leurs références doivent être maintenues. Ce domaine est défini par les limites opérationnelles de fonctionnement (Limiting Condition Operation - LCO), c'est à dire les limites hautes et basses pour chaque paramètre opératoire contrôlé (à savoir Tm, AO et Pbank) par rapport à leurs - bank/ 30 références. On définit ces références par : Tmref la référence de température moyenne AOref la référence d'AO Pbank,ref la référence de position du groupe Pbank 35 L'écart des paramètres à contrôler par rapport à leurs références est donné par : 16 ATm l'écart de température moyenne à sa référence. MO l'écart d'AO à sa référence. 3^Pbank l'écart de position de Pbank à sa référence. On définit alors les limites du domaine d'opération telles que : 5 ATm e [-3,Teax , 3,Teax] AA0 E [-AilOmax , AilOmaxl APbank e [-APPnxk APPanxkl Les valeurs typiques données pour ces paramètres sont par exemple: ATeax = 1.5 °C AilOmax = 5 %A0 e 1 anxk = 30 pas Le Core Control doit permettre de réaliser les exigences de flexibilité imposées au 10 réacteur, par exemple : Adaptation à la variation de demande journalière (suivi de charge) Rampes de charge : ±5%/min PN entre 25% et 100% de PN Adaptation à la variation de demande en temps réel (réglage de fréquence) Primaire : ±5% PN à 1%/s 15 Secondaire : ±5% PN à 1%/min Adaptation aux perturbations réseau (réserve tournante) Echelon : + 10% PN entre 30% et 100% PN Le but du Core Control est de maintenir les sorties à contrôler dans le domaine d'opération autorisé qui est défini ci-dessus, quelles que soient les variations de 20 puissance spécifiées ci-dessus. Les sollicitations maximales autorisées sont définies de la manière suivante : Saturation des grappes de contrôles en positions : Position minimale : pmin barres = 0 pas extraits Position maximale : pmax barres = 410 pas extraits = 4 pas/min = 75 pas/min 25 Vitesse minimale : umin barres Vitesse maximale : umax barres Débit maximums et minimums d'injection de poison neutronique/dilution : Débit min de poison neutronique : Débit max de poison neutronique : 30 Débit min de fluide diluant : Débit max de fluide diluant : Concentration min : Qbno'rn = 1 kg/s Vbnoc.:x = 3 kg/s Qdlin = 1 kg/s = 10 kg/s Cen = 0 ppm 17 Le régulateur doit posséder des garanties de robustesse : Marge de module minimale : Mm = 0.5 Les références des sorties à contrôler dépendent du fonctionnement du coeur. Elles sont définies de la manière suivante : 5 La température de référence Tm,'f est fonction de la puissance du réacteur nucléaire. Elle est lue directement sur une courbe prédéterminée, en fonction de la puissance demandée à la ou aux turbines. On considère ici la valeur courante de l'au moins une entrée. Le déséquilibre axial de puissance de référence AO'f est remis à jour 10 périodiquement, par exemple tous les mois, pour prendre en compte l'épuisement du coeur. Il est directement fourni par l'opérateur du réacteur nucléaire et est considéré constant entre deux remises à jour. La position de référence P - bank,ref du sous-ensemble Pbank est fonction de la puissance du réacteur nucléaire. Elle est lue directement sur une courbe prédéterminée, 15 en fonction de la puissance demandée à la ou aux turbines. Cette position de référence est donnée en position cumulée. Le procédé de régulation des paramètres opératoires va maintenant être détaillé, pour le premier mode de pilotage. Ce procédé a été conçu pour prendre en compte que le pilotage d'un coeur de 20 réacteur nucléaire présente des spécificités. Le réacteur possède des dynamiques disparates, i.e. à la fois lentes et rapides. La dynamique liée au xénon est très lente (de l'ordre de l'heure) alors que celles liées à puissance et la température sont plutôt rapides (de l'ordre de la dizaine de secondes). Sur l'ensemble du domaine de fonctionnement, le comportement du coeur est 25 hautement non-linéaire, principalement en raison de l'insertion des groupes de grappes dans le coeur. Entre la puissance maximale (100%PN) et une puissance intermédiaire (e.g. 60%PN) l'effet des groupes de grappes sur les différents paramètres opératoires à contrôler change fortement. On observe même une inversion des effets des actionneurs dans certaines zones du coeur. 30 L'actionneur de poison neutronique considéré dans le problème de commande possède un retard important : 300 secondes. Bien que le système que l'on cherche à contrôler soit relativement lent (ordre de grandeur global : 10 secondes), un retard de cet ampleur est dimensionnant pour la régulation. Le cahier des charges exposé ci-dessus contient un grand nombre de contraintes, 35 dont des contraintes temporelles qu'il est souvent difficile de prendre en compte par des techniques de commande traditionnelles. 18 Actuellement, chaque unité de production d'électricité reçoit un programme de variation de charge journalier. Ce programme est donc connu à l'avance. Or, on ne profite actuellement pas de ce signal pour prédire des commandes futures. Dans le présent procédé de pilotage, il est possible de considérer les variations futures de ce signal pour 5 l'élaboration de la commande. Pour répondre aux difficultés précisées ci-dessus, le procédé de régulation met en oeuvre une stratégie de commande hiérarchisée. Le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition de la valeur courante Du, Dp de l'au moins une entrée ; 10 - acquisition de la valeur courante Y du vecteur de sorties ; - élaboration d'une valeur de référence Yref du vecteur des sorties, en utilisant la valeur courante Du, Dp de l'au moins un signal d'entrée ; - élaboration d'un vecteur Us de valeurs des commandes du réacteur nucléaire par un superviseur 31 mettant en oeuvre un algorithme de commande prédictive, en utilisant au 15 moins ladite valeur courante Du, Dp de l'au moins une entrée et la valeur courante Y du vecteur des sorties ; - élaboration d'un vecteur uK de valeur correctives des commandes du réacteur nucléaire par un régulateur 33 mettant en oeuvre un algorithme de commande à gains séquencés, en utilisant la valeur courante Y du vecteur des sorties et la valeur de référence Yref du 20 vecteur des sorties ; - élaboration d'un vecteur U de valeurs corrigées des commandes du réacteur nucléaire, en utilisant le vecteur Us des valeurs des commandes élaboré par le superviseur 31 et le vecteur uK des valeurs correctives des commandes élaboré par le régulateur 33 ; - régulation des paramètres opératoires du réacteur nucléaire, en commandant des 25 actionneurs en utilisant le vecteur uK des valeurs corrigées des commandes. Comme décrit plus haut, l'au moins une entrée est la puissance demandée à la ou aux turbines. Celle-ci correspond typiquement à la puissance programmée Du, fournie par exemple par le programme de suivi de charge connu à l'avance. Alternativement, il s'agit de la puissance réelle de la turbine, notée ici Dp, donnée 30 par l'équation suivante : Dp = Du dp. Avantageusement, la valeur de référence Yref du vecteur des sorties est déterminé seulement à partir de la puissance programmée Du. La valeur de référence Yref ne sont donc pas modifiées par les variations de puissance considérées aléatoires, i.e. données par dp. 35 La valeur de référence Y'f du vecteur des sorties est la suivante : 19 Yref = (Tc,ref Tm,ref AOref PK re f Pbank,ref) T Tc,ref est la température branche chaude de référence. Elle est lue sur une courbe prédéterminée, donnant directement Tc,ref en fonction de la valeur courante de l'au moins une entrée.. Tm,ref , AOref , et P - bank,ref sont déterminés comme décrit plus haut. 5 PKref. est la puissance coeur de référence. Elle est considérée égale à la puissance demandée à la ou aux turbines . Le vecteur des commandes corrigées U, c'est-à-dire les commandes données aux actionneurs, sont obtenues en additionnant le vecteur Us des valeurs des commandes élaboré par le superviseur 31 et le vecteur uK des valeurs correctives des commandes 10 élaboré par le régulateur 33: U = Us + uK La valeur courante Y du vecteur des sorties est la suivante : ii=gc Tm AO PK Pban1 - k.T Y est obtenu comme décrit plus haut. Le superviseur 33 considère en entrée le vecteur y, défini comme étant l'écart entre valeur courante Y du vecteur des sorties et valeur de référence Yref du vecteur des 15 sorties: y = Y - Yref , avec y = (8Tc. 8Tm (SAO 813K 813banOT Le régulateur à gains séquencés 33 répond aux problématiques suivantes : - Assurer le contrôle rapproché du système en assurant de bonnes performances a priori autour de chaque point de fonctionnement, en particulier pour le rejet des perturbations 20 liées au réglage de fréquence. - Contrôler le réacteur sur l'ensemble du domaine de fonctionnement grâce à l'adaptation des gains qui le composent au fur et à mesure du fonctionnement. - Garantir la robustesse (approche multi-objectif), localement, autour des points de fonctionnement. 25 - Prendre en compte un grand nombre de contraintes de commande, imposées dans le cahier des charges. Cependant, pour des systèmes présentant d'importantes non-linéarités comme c'est le cas ici, un régulateur à gains séquencés peut montrer des performances médiocres. En effet, il est synthétisé à chaque point de fonctionnement sur la base d'un 30 modèle linéarisé. Or l'utilisation d'un modèle linéarisé peut manquer de représentativité du modèle non-linéaire global. L'inconvénient est que les trajectoires empruntées par ce régulateur peuvent alors être loin de la trajectoire optimale du comportement global. La Figure 4 compare la trajectoire empruntée par un régulateur à gains séquencés (trait 20 pointillés) à celle empruntée par un algorithme de commande prédictive (trait plein). Elle illustre le fait que le régulateur à gains séquencés ne prend pas en compte de contraintes globales pour le suivi des trajectoires comme le ferait la commande prédictive. Le régulateur à gains séquencés est un régulateur structuré, de préférence de 5 type PI multivariables. Le séquencement du régulateur est avantageusement sur la position du premier sous ensemble Pbank. En d'autres termes, le régulateur 31 comporte un ensemble de régulateurs linéaires, déterminés chacun pour un point de fonctionnement prédéterminé, c'est-à-dire pour une position d'insertion prédéterminée du premier ensemble Pbank. 10 Le modèle de réacteur nucléaire utilisé pour synthétiser les régulateurs linéaires, appelés aussi LTI (Linear Time Invariant), est un modèle point non linéaire, linéarisé autour de points de fonctionnement prédéterminés. Il ne modélise pas le xénon. En effet, le xénon étant très lent devant les variations des autres états, le régulateur multi-objectif n'aura pas pour mission de l'anticiper, cette tâche est dédiée au superviseur. 15 De plus, il est synthétisé sur un ensemble de régulateurs LTI locaux. Il ne bénéficie donc pas de la bonne représentativité du modèle non-linéaire pour des variations de grande amplitude de puissance (e.g. variations de charge). Le Superviseur 31 met en oeuvre un algorithme de commande prédictive utilisant le même modèle point non-linéaire du réacteur que celui utilisé pour synthétiser les 20 régulateurs linéaires du régulateur 33. Cette technique de commande répond à un grand nombre des problématiques évoquées ci-dessus: - Elle allie à la fois la capacité de contrôler le système quelles que soient ses dynamiques (lentes : le xénon, et/ou rapides : la température) en utilisant un modèle potentiellement non-linéaire du système. 25 - Elle autorise la prise en compte des retards, même importants, notamment l'injection de poison neutronique. - De plus, connaissant le programme de suivi de charge par avance Du, elle anticipe le comportement en calculant les trajectoires optimales compte tenu du programme. - Enfin, les trajectoires du régulateur seront optimisées sur le comportement global du 30 système et non localement comme c'est le cas pour un régulateur à gains séquencés seul. Cependant, comme tout algorithme de commande prédictive non-linéaire à horizon fini : - Il ne possède pas de garanties de robustesse. - Il calcule des commandes fixes sur un horizon de temps défini appelé pas 35 d'échantillonnage'. Selon les capacités de calcul disponibles, l'horizon de prédiction et la complexité du modèle utilisé, ce pas d'échantillonnage peut être grand. Dans ce cas, le 21 superviseur n'a pas la capacité d'adapter ses commandes pour rejeter d'éventuelles perturbations non prévues. En effet, si ces perturbations sont plus rapides que le pas d'échantillonnage, le superviseur, ayant des commandes fixes sur ce pas, ne pourra pas adapter ses commandes suffisamment rapidement pour rejeter les perturbations. En 5 l'occurrence, ce sont les variations de puissance dues au réglage de fréquence qui risquent de poser problème. En effet, ces dernières sont aléatoires et rapides. Ainsi, l'idée centrale de l'invention est d'associer un algorithme de commande prédictive et un régulateur multi-objectif à gains séquencés. Les avantages de l'un permettent de compenser au moins en partie les faiblesses de l'autre, comme mis en 10 évidence dans le tableau ci-dessous. Superviseur Régulateur mufti-objectifs Prédiction des trajectoires sur la base d'un modèle non-linéaire pour les variations en rampe ICommande rapprochée - pour le respect des objectifs de commande Avantaaes Robustesse autour des points de fonctionnement Anticipation du xénon + bore Commandes fixe sur un pas d'échantillonnage potentiellement grand Inconvénients Représentativité du modèle pour les variations en rampe Pas de garantie de robustesse Pas de modélisation xénon Ainsi, l'algorithme de commande à gain séquencé du régulateur 33 comprend une pluralité de régulateurs linéaires, chacun déterminé pour un point de fonctionnement 15 déterminé du réacteur nucléaire, lesdits points de fonctionnement étant échelonnés pour couvrir une fourchette de puissance du réacteur nucléaire allant de 25% à 100% d'une puissance nominale du réacteur nucléaire. Dans le premier mode de pilotage, chaque point de fonctionnement est caractérisé par une position d'insertion déterminée P - bank du premier ensemble de groupes, 20 typiquement exclusivement caractérisé par la position P - bank - Chaque régulateur linéaire s'exprime, pour l'exemple, sous la forme suivante, illustrée sur la figure 5 : uK = es). y = Kp(s)y1 + Ki(s)y2 avec yi=y et y2=z 22 où Kp et Ki sont des matrices de gains, s la variable de Laplace, y étant le vecteur d'écart de sortie entre la valeur courante Y du vecteur des sorties et la valeur de référence Yref du vecteur des sorties, z étant un vecteur d'écart de paramètres opératoires entre la valeur courante du vecteur des paramètres opératoires à contrôler et la valeur de 5 référence du vecteur des paramètres opératoires à contrôler, et uk étant le vecteur des valeurs correctives des commandes. Les différents vecteurs sont composés comme suit : 7 (ST, \\ ' Veank n'In Y = (SAO uK = VHeank Z = ( (SAO ' "K K "bank UQ \"bankl On définit donc les matrices Kp et KI de la manière suivante : 1c11 k11 k15 71CÏ1 k12/CL \ 10 KP = Ici_ Ic2 Ic3 5 et Ki = kh kL kL k31 IC2 IC3 14- kh 1 \kh kL kLi Le procédé comprend une étape d'obtention des régulateurs linéaires, comportant pour chaque régulateur linéaire les sous-étapes suivantes : - élaboration d'un modèle linéarisé du réacteur nucléaire par linéarisation d'un modèle non linéaire du réacteur nucléaire au point de fonctionnement correspondant, le modèle 15 linéarisé mettant en relation : - le vecteur d'écart de sortie y et le vecteur d'écart de paramètres opératoires z d'une part, avec - l'un au moins d'une perturbation dp de l'au moins une entrée, une perturbation du du vecteur des valeurs corrigées des commandes, d'une perturbation dy du vecteur 20 d'écart des sorties y, et le vecteur uK des valeurs correctives des commande d'autre part, le modèle linéarisé et le régulateur linéaire formant ainsi un système bouclé pour ladite position d'insertion (illustré sur la figure 6); - détermination de contraintes de fonctionnement du réacteur nucléaire à respecter pour des perturbations prédéterminées dp de l'au moins une entrée ou des perturbations 25 prédéterminées dU du vecteur U des valeurs corrigées des commande, ou des perturbations prédéterminées dy du vecteur d'écart des sorties y; - traduction de chaque contrainte de fonctionnement en une condition numérique à respecter pour une fonction de transfert entre : - la perturbation dp de l'au moins une entrée Du, ou la perturbation dU du vecteur 30 corrigée U de commande, ou la perturbation dy du vecteur d'écart des sorties y d'une part, et 23 - soit l'écart entre la valeur courante d'un des paramètres opératoires et la valeur de référence dudit paramètre opératoire, soit l'écart entre la valeur courante d'une des sorties et la valeur de référence de ladite sortie, soit l'une des valeurs correctives des commandes d'autre part; 5 - détermination des gains des matrices de gain Kp et KI, lesdits gains étant déterminés par un algorithme d'optimisation de manière à stabiliser au moins le système bouclé pour la position d'insertion correspondante et à satisfaire les conditions numériques correspondant à toutes les contraintes de fonctionnement. L'algorithme d'optimisation est typiquement non lisse. 10 Le modèle non linéaire du réacteur nucléaire est le suivant : c17 (t) = - Tc (t) 1 K1 n n(0 T f (t) - dt Tco Tc° dT f 1 ,,, 1 (T M., v /4-\ = f U.) U.) TC° Q, dt Tb f rbf dA0 ) = 1 AO(t) 1 (1C,I0T c(t) KfA0T f(t) ICLP b(t) + leo H b(t)) dt TAO TAO d P d" (t)= - -1 p dol, (t) + `9P1 ' n(t) dt rdop rdop 15 Ln (t) = 1*n(t) + ilc (t) dt dt c. (t) = il n(t) - ilc (t) 1* dTccv dt (t) = - -1 Tc 1 GV (t) + -Tc(t) rbc Tbc GV dTc (t) = _ 1 7,c9V (t) + 1 TGV (t) + 1 Pturb(t) dt TGV TGV f TGV QpCp '1 (t) = y in(t) - .111 (t) 20 ddXte (t) = rxen(t) + 1111(t) - (Àxe + Gxe P(t) = Paop(t) Pbarres(t) Pmod(0 Pbore(t) Pxe(t) Pmod(t) = K c(Tc(0 Tc!) K f(Tf - T)) Pbarres(t) = Kp(Pb(t) - n)+KH(Hb(o_Ho Pbore(t) = KcB(Cb(t) - Cb) 25 dPb 'D -dt = v I bank dHb (t) = vHbank n(t))X e (t) dt citcicb (t) = TGV D Pbank Hbank cb)T Où x = (Th Tc AO pdop n c TcGv f GV u = (VPbank VHbank 30 et d = Pturb 24 Le retard sur le poison neutronique s'exprime par la relation suivante : 7,2(t) = uQ(t hbore), où hbore est une constante de retard. Constante de temps de l'AO Constante de temps de la branche chaude Constante de temps de la branche froide Constante de temps du coeur Constante du temps du GV Concentration des précurseurs dans le coeur Concentration en bore Capacité thermique massique de l'eau du circuit primaire Coefficient de conversion de puissance Densité de neutrons dans le coeur Débit d'eau du circuit primaire Température branche chaude au niveau du GV Température branche froide au niveau du GV Commande de bore retardée Réactivité Kâo KI10 Kdop K, Kf Kp KH KcB sont des coefficients qui varient en fonction de l'état du coeur et introduisent des non linéarités. 20 La linéarisation est effectuée selon toute méthode adaptée, par exemple en effectuant un développement de Taylor des équations comportant des non-linéarités autour des points de fonctionnement considérés. Le modèle linéarisé autour d'un point de fonctionnement se présente de la manière suivante : 25 d8Tdtc (t) = 8Te(t) + -8Tf (t) + an(0) Tco Tco Tco Qp Cp- ddt Tbf T f 1 1 GV (t) = - - ÔT f (t) - Tb f ÔT f (t) dsao f" = 1 8mo 1 (KwIST,(t) KfA0IST f(t) KLISPn(t) K110614(0) dt " TAO TAO dSPdop _ 1 K dop (t) - - p dop (t) + - an (t) dt rclop Tdop cl8n = -n°p(t) an + /la c dt 1* 1* 30 ce (t) = an - .18 c (t) d87'17 (t) = - (t) + ric (57",(t) dt d8T (t) = 1 87-,ccv (t) 87-,fcv (t) + 1 8Pturb(t) dt TGV TGV TGV Qpcp P(t) = Pdop(t) +P barres Pmod(0+ Pbore(t) pmod(t) = K,BTT(t) + K f 87'f (t) 35 Pbarres(t)= Kpal3b(t)-E KH81-1b(t) Pbore(0= KcBôCb(t) 5 Kiclo TAO Tbc Tbf 10 Tco TGV 15 Cb CP Ku n Q p TGV TGV u,2 f v .' AO 25 8PK(t) = Kn.an(t) d8Pb = dt VPbank dt = VHbank dSCb (t) = 1,V2 dt 5 avec les coefficients en gras identifiés à chaque point de fonctionnement. Ces équations constituent le modèle GLPV représenté sur la figure 6. On approxime le retard d'injection de poison neutronique par un approximant de Laguerre défini comme suit : (1-s)n ûQ = RB(S).UQ avec RB(s) = noCis est la variable de Laplace ; h est la valeur du (1+ 2n 7,$) 10 retard ; n est un entier. h est typiquement compris entre 100 et 500 secondes, de préférence entre 200 et 400 secondes, et vaut par exemple 300 secondes. n est typiquement compris entre 3 et 15 et par exemple est choisi égal à 9.. Combiné avec le modèle GLPV, ces équations constituent le modèle GR de la figure 6, c'est-à-dire le modèle linéarisé du réacteur nucléaire au point de fonctionnement 15 considéré. Le modèle GLPV peut s'exprimer sous la forme suivante : 5t(t) = A(7t)x(t) + B1d(t) + B2u(t) z(t) = C1x(t) + D11d(t) + D12u(t) y(t) = C2x(t) + D21d(t) + D22u(t) Avec A(7) = -1 -1 o o o o o o o o Tco Tco 1 0 o o 1 40 ij 0 o 1 TAO 1 0 0 - TAO K0 0 KI O TAO -- 0 Tdop n° 0 0 r br 0 TAO n° 0 Tof 0 1* À 0 0 Kp-n0 0 KCB- K, n° f 0 1 -À 0 0 1* n° 1* K Ao 0 0 0 1 0 0 Kef 0 TAO o 0 o Tbc 0 0 1* 0 o 0 o o o o o o o 1 0 o 0 o o o K pl' o - 1 o 0 o TGV TGV o o o o o o o o o o o o o CpQ .Tco o 0 Kdop T dol, n ° _ /3 1* /3 7 0 o o o o 1* 1* 0 0 1 0 - o Tbc o o o o o o o dSHb fGLPV := 26 B2 (Tr) = B2 = /0 0 0\ 0 0 10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02 0 0 0 0 0 0 \ 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0/ 01_ 0 0 0 0 0 0 1 0 0 / 2 ' 0 \O 1 1/ 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Kn 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )0 D11 (Te) = D11 = I93x1 D21 (Te) = D21 = I93x1 5 D12(7) = D12 = 195x3D22 (T) = D22 = 195x3 avec l'état x est défini par x = (Tc Tf AO pdop n c Tcc v Tic v p bank Hbank Cb) le vecteur d'entrées u est défini par u = (VPbank VHbank uQ)T le vecteur des perturbations d est défini par d = - P turb - Les perturbations et les contraintes à respecter sont celles du cahier des charges, 10 défini plus haut. La traduction des contraintes de fonctionnement en conditions numériques utilisables pour déterminer les matrices de gains implique notamment de traduire une contrainte temporelle en une contrainte fréquentielle. Pour ce faire, on cherche un approximant de l'amplitude maximale d'un signal de sortie y d'une fonction de transfert 15y(s) Ty,d(s) = d(s) en réponse à une sollicitation connue. On utilise ensuite la norme H' du transfert Ty,d, caractérisant le gain pire cas de celui-ci. A partir de ce gain on caractérise l'amplitude maximale du signal de sortie en fonction de l'amplitude du signal créneau pour un état initial stabilisé défini. Habituellement, la prise en compte de critères temporels est une problématique 20 difficile pour les problèmes de commande. Dans le cas présent, c'est une contrainte majeure du problème de commande. Le cahier des charges spécifie certaines contraintes temporelles devant être respectées. Par exemple, sur tout scénario, la température moyenne ne doit pas dépasser 1.5°C, i.e.Vt, 18Tml dp est la fonction de transfert entre ledit échelon de puissance et la vitesse de obneres déplacement des grappes, avec W K = ; APmax 15 où TuQ,dp est la fonction de transfert entre ledit échelon de puissance et le débit umax d'injection de poison neutronique, avec WQ = AL. La contrainte de fonctionnement suivante est de préférence également prise en compte pour obtenir le régulateur linéaire : - une perturbation dp qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de 20 ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant compris entre 5 et 15%, entraîne une variation minimum des paramètres opératoires. La variation de concentration de poison neutronique est inférieure à ur2 ax L'écart 8T71 entre la valeur courante de T71 et la valeur de référence T',,,.ef est compris entre -M'ex et + 3^7'71(1x )Ti L'écart 8A0 entre la valeur courante de AO et la valeur de référence de AOref est compris entre -DAO' et DAO' 11WQ.Tu.2_)dp11 pll' 11WAO-T8A0->dplIco 1 29 Ladite contrainte est traduite en la condition numérique suivante : - minKEn1IVVz.T'dp112, où K désigne les matrices de gain Kp et K,, Q désigne l'ensemble des matrices de gains stabilisant le système bouclé, T'dp est la fonction de transfert entre ledit échelon de puissance dp et le vecteur z d'écart de paramètres opératoires, Wz 5 est une matrice de pondération fréquentielle prédéterminée. Comme précisé plus haut, z = (87,7, 8A0 8Pbank)T est le vecteur d'écart des paramètres opératoires à contrôler. Typiquement, Wz la matrice de pondération fréquentielle est définie par : 71/1/'(s) 0 0 \ Wz(s) = 0 Wz2(s) 0 \ 0 0 Wz3(s)/ 10 Les pondérations choisies pour chaque voie sont définies par : VVzi : pondération fréquentielle pour la sortie de température moyenne VVz2 : pondération fréquentielle pour la sortie de l'AO VVz, : pondération fréquentielle pour la sortie de position de Pbank Elles sont définies comme suit : 15 (s) ris+i (s) K2 m ( \ K3 Wz1(s) = ; Wz (S) = - ; = - S S T2S+1 235+1 2 où K1, K2, K3, -r1, -r2 et -r3 sont des coefficients prédéterminés. Dans les équations ci-dessus, Il II. symbolise la norme H. et II 112 symbolise la norme H2. Ces normes sont définies par exemple dans J. M. Maciejowski. Multivariable Feedback Design. Addison-Wesley, 1989. 20 Au moins pour le premier mode de pilotage, la contrainte de fonctionnement suivante est prise en compte pour obtenir le régulateur linéaire - l'écart P 8 - - bank entre la valeur courante de Pbank bank et la valeur de référence de P - bank,ref est compris entre -APbmanxk et bmaanxk Ladite contrainte de fonctionnement est traduite en la condition numérique 25 suivante : 1- 1WP-T8Pbank->ciP11 1, où Tspbank->dP est la fonction de transfert entre ledit échelon de 'na puissance et 8/3bank , avec 1/17p =Pbank, AP'x=P°/o.PN . à P max Par ailleurs, dans le premier mode de pilotage, la contrainte de fonctionnement pour la vitesse de déplacement des grappes estII TV-Pbank d VHbank)-)--P 1, Usj. = (17 P: b ank VII !bank 1112)T La base de fonctions utilisée pour les commandes est la base des fonctions 5 constantes par morceaux. Cela veut dire que les commandes seront constantes sur la période d'échantillonnage, et discontinues d'un pas d'échantillonnage au suivant. A chaque pas d'échantillonnage le superviseur optimise N, valeurs, définissant les commandes sur chaque voie (Pbank, Hbank et débit de bore). On pose Us la matrice des commandes calculées au pas d'échantillonnage k tel que : 10 US = [US ... lis" c-11T A chaque pas d'échantillonnage, on aura donc : 17 P-ti^ank "' VPj+NP T bank = V US I-4ank " VHJ+Np Q - ... bank III Uj+NP Q L'ensemble des coefficients de la matrice Us correspondent donc aux variables de décision de l'optimisation. Enfin, à chaque pas d'échantillonnage j on 15 applique alors la première commande calculée notée U. Alors, le signal des commandes appliqué au processus, noté Us, évolue continument selon la relation suivante : Vt E [j.T5,(j +1).Ts[, Us(t) = Ut La fonction objectif considérée pour le superviseur s'appuie sur les objectifs de performance définis plus haut. Le superviseur aura pour but de calculer les commandes 20 de référence pour les actionneurs Pbank, Hbank et poison neutronique minimisant l'écart des paramètres à contrôler par rapport à leurs références respectives. Les paramètres à contrôler sont les mêmes que le régulateur 33 : La température moyenne notée Tm. La distribution axiale de puissance notée AO. 25 La position du premier sous-ensemble Pbank notée Pbank bank Les références de ces paramètres sont donnés par Tm,'f, AOref et P - bank,re f - On pose alors 8Tm, (SAO et 8P -- bank les écarts par rapport aux références respectives des paramètres à contrôler telles que : 8Tm = Tm - Tm,'1- SAO = AO - A0'1- ô Pbank = Pbank Pbank,ref La fonction objectif est construite de la manière suivant : 33 =lu +1z On définit ici 11f 11 2,[a,b] = jfabif (t)I2dt Pour simplifier l'écriture, on note 11f 11 2 = 11f 11 2,[0,Np.Ts] On définit alors le critère pour le contrôle Jz de la manière suivante : 5 h = KTmll 87'm 112 + KA0118A0 112 + KPbank II "bank 112 Et le critère j u est défini ainsi : I'K P bank' 111 Pdankll 2 + KHbank. / tand2 + KQ. UQ112 Avec K p bank , KH bank et KQ les pondérations et V Pdank, V t,ank et UQf les entrées de commande filtrées. Ces dernières sont filtrées de manière à pénaliser les 10 hautes fréquences. On définit alors Hu le filtre passe haut sur les commandes, et les signaux filtrés : V Pdank = H u VP bank Viltank = Hu (s). V H bank U QI = H u (s). UQ Avec : H U (s) = us 1K-FruS Le critère défini par les équations ci-dessus, traduit dans le domaine discret, avec Us la matrice des commandes définie plus haut, s'exprime sous la forme suivante: j+ Np (US) = ern(i. Ts)2 + (i Ts)2 813bank(i. Ts)2 VPdank(i. Ts)2 1711'ank(i. Ts)2 i=j+1 + UQ1(i. Ts)21 Par ailleurs, nous noterons zs le vecteur des écarts des sorties à contrôler, 20 évaluées au pas d'échantillonnage j (i.e. au temps]. Ta), dans le domaine discret, tel que : zs = [87,n(j . Ta) 8110 (j Ta) "bank( i.Ts)iT Les contraintes imposées au superviseur, par l'intermédiaire du problème de commande, sont issues des exigences formulées dans le cahier des charges concernant les sollicitations sur la commande. L'intérêt du superviseur 31, par rapport au régulateur 25 33 est qu'il a la capacité de prendre explicitement en compte des contraintes temporelles formelles, qu'elles portent sur les entrées ou sur les variables d'état : ici les contraintes de position et de vitesse maximales des groupes de grappes ainsi que les débits maximaux de dilution/borication. 15 34 On formule alors les contraintes suivantes, déduites du cahier des charges : VP bank -1.25 (pas / s) VHbank -1.25 (pas /s) UQ -4.7.10-3 (ppm/ s) P bank 0 (pas) Hbank 9 (pas) Cb > 0 (ppm) L'algorithme de commande prédictive utilisé dans l'invention est le suivant. Le modèle utilisé pour calculer les sorties du modèle en fonction des commandes 5 (les variables de décision), est un modèle non-linéaire. Compte tenu des contraintes et de la fonction objectif définis précédemment, un algorithme d'optimisation non-linéaire sous-contraintes est requis pour la résolution d'un tel problème. On utilise par exemple un algorithme d'optimisation non-linéaire sous-contraintes basé sur la méthode du point intérieur, tel qu'implémenté par la fonction fmincon de Matlab. 10 L'algorithme du superviseur est présenté sous la forme d'un schéma de principe sur la figure 9. Cette figure rend compte des différentes fonctions qui sont mises en oeuvre ainsi que les flux d'information qu'elles échangent à chaque pas d'échantillonnage. A chaque pas d'échantillonnage, le superviseur reçoit les mesures du système Y, les références des sorties à contrôler Z'f ainsi que le profil de puissance turbine utilisateur 15 Du. Pendant ce pas d'échantillonnage : - il met à jour la valeur du vecteur d'état initial du système au pas k noté Xt, (en supposant ici que l'état complet est reconstruit), - à partir des données d'entrée, il calcule la séquence Us des commandes optimales par la fonction fmincon, 20 - il applique de t1 à t1 + Ts le premier élément de la séquence de commande calculée Us sur la période d'échantillonnage au système réel, - il mémorise le reste de la séquence des commandes Uel = (Ur- Ui"P)T pour initialiser l'optimisation au prochain pas d'échantillonnage, 35 - et enfin il mémorise la commande de poison neutronique appliquée (au pas j) et met à jour la commande de poison neutronique retardée q. Le superviseur 31 seul, pour un scénario correspondant à une rampe de puissance de 100% de PN à 60% de PN à 5%PN/min, permet d'obtenir les performances 5 suivantes : IATrnn,ax I = 0.82 °C 1.5 °C ; IAA0max I = 4.62 0/0A0 Dans ce cas, les groupes du second sous-ensemble sont typiquement déplacés conjointement. Dans d'autres modes de pilotage, tous les groupes sont rassemblés dans le premier ensemble, et il n'existe pas de second ensemble. 5 Plusieurs exemples de mode de pilotage, vont être détaillés ci-dessous, inspirés respectivement des modes T, G et A. Dans un mode de pilotage inspiré du mode T, particulièrement adapté à l'EPR (European Pressurized Reactor), les groupes sont répartis en deux ensembles: - le premier ensemble, appelé Pbank, 10 - un second ensemble, appelé Hbank. Le premier ensemble est particulièrement bien adapté pour le contrôle de la température moyenne Tm. Le second ensemble Hbank est typiquement attribué particulièrement bien adapté pour le contrôle de l'axial offset AO. Les groupes du premier ensemble Pbank sont déplacés séquentiellement. Les 15 groupes du second ensemble Hbank sont déplacés conjointement. Dans un second mode de pilotage, inspiré du mode G, les groupes sont répartis en deux ensembles: - le premier ensemble comprend le groupe R, formés de grappes noires, c'est-à-dire de grappes très absorbantes ; 20 - le second ensemble, appelé GCP pour Groupe de Compensation de Puissance, est formé des groupes G1 et G2 (G pour grappes grises) et groupes N1 et N2 (N pour grappes noires). Les grappes grises sont relativement moins absorbantes que les grappes noires. Les groupes de ce second sous ensemble s'insèrent séquentiellement. 25 Avantageusement, ils sont insérés en fonction de la puissance électrique demandée à la turbine. Dans ce second mode de pilotage, l'AO est avantageusement contrôlé principalement par des injections de poison neutronique ou de diluant. Dans un troisième mode de pilotage, inspiré du mode A, les groupes fonctionnels 30 sont tous rassemblés dans le premier ensemble, désigné ici par le sigle DCBA. Celui-ci est typiquement composé de quatre groupes A, B, C et D, qui s'insèrent séquentiellement comme le Pbank. Le premier ensemble est particulièrement bien adapté pour le contrôle de la température moyenne Tm. 35 Dans ce troisième mode de pilotage, l'AO est avantageusement contrôlé principalement par des injections de poison neutronique ou de diluant. 41 Dans certains modes de pilotages (dans le premier mode de pilotage par exemple), la au moins une vitesse Vbarres de déplacement des grappes de contrôle comprend typiquement la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble Pbank et la vitesse de déplacement des groupes du second ensemble Hbank. Ces 5 vitesses sont notées vPb'k vH et - - - -bank respectivement. Dans d'autres modes de pilotage, (dans les second et troisième modes de pilotage par exemple), la au moins une vitesse Vbarres de déplacement des grappes de contrôle correspond typiquement à la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble. L'ensemble de régulation 25 est configuré pour mettre en oeuvre le procédé de 10 régulation qui a été décrit ci-dessus. Notamment, le superviseur 31 et le régulateur 33 sont comme décrit ci-dessus relativement au procédé de régulation. Les modules 35 et 37 sont également comme décrit ci-dessus. Les organes 25, 27 sont tels que décrits ci-dessus. 15 Le module 39 de régulation des paramètres opératoires est configuré pour envoyer les commandes aux actionneurs, ces actionneurs étant les mécanismes 9 de déplacement des grappes 7 et le circuit d'injection 15. De préférence, la gestion des groupes est effectuée comme décrit plus haut, REVENDICATIONS1.- Procédé de régulation de paramètres opératoires d'un réacteur nucléaire, ces paramètres opératoires comprenant au moins la température moyenne du coeur (Tm), et le déséquilibre axial de puissance (AO), le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition d'une valeur courante d'au moins une entrée (Du, Dp) ; - acquisition d'une valeur courante (Y) d'un vecteur de sorties, les sorties comprenant au moins les paramètres opératoires ; - élaboration d'une valeur de référence (Yref) du vecteur des sorties, en utilisant la valeur courante de l'au moins une entrée (Du, DP) ; - élaboration d'un vecteur (Us) de valeurs de commandes du réacteur nucléaire par un superviseur (31) mettant en oeuvre un algorithme de commande prédictive, en utilisant au moins ladite valeur courante de l'au moins une entrée (Du, Dp) et la valeur courante (Y) du vecteur des sorties ; - élaboration d'un vecteur (uK) de valeurs correctives des commandes du réacteur nucléaire par un régulateur (33) mettant en oeuvre un algorithme de commande à gains séquencés, en utilisant la valeur courante (Y) du vecteur des sorties et la valeur de référence (Yref) du vecteur des sorties ; - élaboration d'un vecteur (U) de valeurs corrigées des commandes du réacteur nucléaire, en utilisant le vecteur (Us) des valeurs des commandes élaboré par le superviseur (31) et le vecteur (uK) des valeurs correctives des commandes élaboré par le régulateur (33) ; - régulation des paramètres opératoires du réacteur nucléaire, en commandant des actionneurs en utilisant le vecteur (U) des valeurs corrigées des commandes. 2.- Procédé de régulation selon la revendication 1, dans lequel le réacteur nucléaire (1) comprend : - une cuve (3) ; - un coeur (5) comprenant une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, placé dans la cuve (3) ; - des grappes (7) de contrôle de la réactivité du coeur (5), et des mécanismes (9) configurés pour déplacer chaque grappe (7) dans le sens d'une insertion dans le coeur (5) ou dans le sens d'une extraction hors du coeur (5); - un circuit primaire (10) de refroidissement du coeur (5) dans lequel circule un fluide caloporteur primaire, comprenant des branches froide et chaude (11, 13) piquées sur la cuve (3) et par lesquelles le fluide caloporteur primaire respectivement pénètre dans la cuve (3) et sort de la cuve (3) ; 43 - un circuit d'injection (15), configuré pour sélectivement injecter dans le fluide caloporteur primaire un poison neutronique ou du fluide diluant sans poison neutronique ; les commandes comprenant au moins une vitesse de déplacement des grappes de contrôle (7) et au moins un débit d'injection de poison neutronique ou de fluide diluant. 5 3.- Procédé de régulation selon la revendication 2, dans lequel les grappes (7) sont déplacées par groupes, un ou plusieurs groupes étant rassemblés dans un premier ensemble (Pbank, R, DCBA), les commandes comprenant au moins une vitesse de déplacement du ou des groupes du premier ensemble. 4.- Procédé de régulation selon la revendication 3, dans lequel d'autres groupes 10 sont rassemblés dans un second ensemble (Hbank), les commandes comprenant, en plus de la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble, au moins une vitesse de déplacement des groupes du second ensemble. 5.- Procédé de régulation selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les groupes du premier ensemble (Pbank, DCBA) sont déplacés séquentiellement. 15 6.- Procédé de régulation selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le premier ensemble ne comporte qu'un seul groupe (R). 7.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel les paramètres opératoires comprennent en outre la position d'insertion des groupes du premier ensemble (Pbank). - 20 8.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel le réacteur nucléaire comprend une ou plusieurs turbines (17) alimentées en vapeur par le circuit primaire (10), l'au moins une entrée (Du, Dp) étant une puissance demandée à la ou aux turbines (17) du réacteur nucléaire. 9.- Procédé de régulation selon la revendication 8, dans lequel la puissance 25 fournie par la ou les turbines (17) du réacteur nucléaire comprend une puissance programmée (Du) suivant un programme prédéterminé, par exemple prédéterminé pour une période d'au moins une journée, et une perturbation de puissance (dp), la valeur de référence (Yref) du vecteur des sorties étant élaborée en utilisant ladite puissance programmée (Du) seule. 30 10.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel les sorties comprennent, en plus des paramètres opératoires, une température (Te) du fluide caloporteur primaire dans la branche chaude, et une puissance thermique du coeur (PK). 11.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 35 précédentes, dans lequel l'algorithme de commande à gains séquencés comprend une pluralité de régulateurs linéaires, chacun déterminé pour un point de fonctionnement 44 déterminé du réacteur nucléaire, lesdits points de fonctionnement étant échelonnées pour couvrir une fourchette de puissance du réacteur nucléaire allant de 25% à 100% d'une puissance nominale du réacteur nucléaire. 12.- Procédé de régulation selon la revendication 11 combiné à la revendication 3, 5 dans lequel chaque point de fonctionnement est caractérisé par une position d'insertion déterminée (Pbank) du premier ensemble de groupes. 13.- Procédé de régulation selon la revendication 11 ou 12, dans lequel chaque régulateur linéaire s'exprime sous la forme suivante : uK = Kp(s) yi + Ki(s) y2 avec yi=y et y2=z 10 où Kp et Ki sont des matrices de gains, s la variable de Laplace, y étant un vecteur d'écart de sorties entre la valeur courante du vecteur des sorties et la valeur de référence du vecteur des sorties, z étant un vecteur d'écart de paramètres opératoires entre la valeur courante du vecteur des paramètres opératoires à contrôler et la valeur de référence du vecteur des paramètres opératoires à contrôler, et uK étant le vecteur des valeurs 15 correctives des commandes. 14.- Procédé de régulation selon la revendication 13, dans lequel le procédé comprend une étape d'obtention des régulateurs linéaires, comportant pour chaque régulateur linéaire les sous-étapes suivantes : - élaboration d'un modèle linéarisé du réacteur nucléaire par linéarisation d'un modèle 20 non linéaire du réacteur nucléaire au point de fonctionnement correspondant, le modèle linéarisé mettant en relation : - le vecteur d'écart de sortie (y) et le vecteur (z) d'écart de paramètres opératoires d'une part, avec - l'un au moins d'une perturbation (dp) de l'au moins une entrée, d'une 25 perturbation (dU) du vecteur des valeurs des commande, d'une perturbation (dy) du vecteur d'écart de sortie (y), et du vecteur (uK) des valeurs correctives des commande d'autre part, le modèle linéarisé et le régulateur linéaire formant ainsi un système bouclé pour ladite position d'insertion; 30 - détermination de contraintes de fonctionnement du réacteur nucléaire à respecter pour des perturbations (dp) prédéterminées de l'au moins une entrée ou des perturbations (dU) prédéterminées du vecteur des valeurs des commande ou des perturbations (dy) prédéterminées du vecteur d'écart de sortie (y); - traduction de chaque contrainte de fonctionnement en une condition numérique à 35 respecter pour une fonction de transfert entre : 45 - la perturbation (dp) de l'au moins une entrée, ou la perturbation (dU) du vecteur des valeurs des commande, ou la perturbation (dy) du vecteur d'écart de sortie (y) d'une part, et - soit l'écart entre la valeur courante d'un des paramètres opératoires et la valeur 5 de référence dudit paramètre opératoire, soit l'écart entre la valeur courante d'une des sortie et la valeur de référence de ladite sortie, soit l'une des valeurs correctives des commandes d'autre part; - détermination des gains des matrices de gain Kp et KI, lesdits gains étant déterminés par un algorithme d'optimisation de manière à stabiliser au moins le système bouclé pour le 10 point de fonctionnement correspondant et à satisfaire les conditions numériques correspondant à toutes les contraintes de fonctionnement. 15.- Procédé de régulation selon la revendication 14, dans lequel une ou plusieurs des contraintes de fonctionnement suivantes sont prises en compte pour obtenir le régulateur linéaire : 15 - l'écart 87'm entre la valeur courante de Tm et la valeur de référence Tm,ref est compris entre -3,Teax et + AT,'nnax ; - l'écart (SAO entre la valeur courante de AO et la valeur de référence AO'f est compris entre -3,A0max et AilOmax ; - la vitesse de déplacement des grappes est inférieure à VT... Lmarxres,: 20 - la variation de concentration de poison neutronique est inférieure à urr , ur étant la vitesse d'augmentation de la concentration en poison neutronique dans le circuit primaire résultant d'une injection de poison neutronique à un débit rboarx ; à respecter au moins pour une perturbation qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant 25 compris entre 5 et 15%. 16.- Procédé de régulation selon la revendication 15, dans lequel ladite ou lesdites contraintes de fonctionnement sont traduites en une ou plusieurs des conditions numériques suivantes : - 11WTm.T87,m,dp II dp11 Co 1, où TsAo_)dp est la fonction de transfert entre ledit échelon de AA0max puissance et MO, avec W Ao = , APmax=1=)/o.PN ; àP max 46 1- 1WK-TVbarres->dp1100 dp est la fonction de transfert entre ledit échelon de puissance et la vitesse de déplacement des grappes, avec WK = I- lWQ. TuQ,dp 1, où TuQ_,,ip est la fonction de transfert entre ledit échelon de max puissance et la variation de concentration du poison neutronique, avec WQ = un P max 5 17.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, en combinaison avec la revendication 3, dans lequel la contrainte de fonctionnement suivante est prise en compte pour obtenir le régulateur linéaire : - l'écart "bank entre la valeur courante de P - bank et la valeur de référence de P - bank,ref est compris entre -APbmanxk et 3 P bmaanxk 10 à respecter au moins pour une perturbation qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant compris entre 5 et 15%. 18.- Procédé de régulation selon la revendication 17, dans lequel ladite contrainte de fonctionnement est traduite en la condition numérique suivante : 15 11WP- T8Pbank->dP1100 1, où Tsp bank->dP est la fonction de transfert entre ledit échelon de P a 13,ank A puissance et 8Pbank , avec Wp = max=P%.PN APmax 19.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel la contrainte de fonctionnement suivante est prise en compte pour obtenir le régulateur linéaire : 20 - une perturbation qui est un échelon de puissance demandée à la ou aux turbines de ±P% d'une puissance nominale PN du réacteur nucléaire, P étant compris entre 5 et 15%, entraîne une variation minimum des paramètres opératoires ; ladite contrainte étant traduite en la condition numérique suivante : - minKEnlIVVz. T'dp112, où K désigne les matrices de gain Kp et K,, Q désigne l'ensemble 25 des matrices de gains stabilisant le système bouclé, T'dp est la fonction de transfert entre ledit échelon de puissance et le vecteur (z) d'écart de paramètres opératoires, Wz est une matrice de pondération fréquentielle prédéterminée. 20.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 14 à 19, dans lequel chaque modèle linéarisé prend en compte le retard lié à l'injection du poison 30 neutronique en utilisant les équations suivantes : dCb (1-Mn -dt (t) = ; = RB(S).UQ ;RB(S) = (1+As)n V garxr e s P max 47 où Cb est la concentration en poison neutronique dans le ou chaque circuit primaire ; uQ est la commande d'augmentation de la concentration en poison neutronique dans le circuit primaire résultant d'une commande d'injection de poison neutronique à un débit Qbor, u,2 est la commande retardée d'augmentation de la concentration en poison 5 neutronique dans le circuit primaire; s est la variable de Laplace ; h est la valeur du retard considéré, typiquement compris entre 100 et 500 secondes; n est un entier compris 3 et 15. 21.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 14 à 20, dans lequel, à un point de fonctionnement déterminé, les gains des matrices de gain Kp et 10 Ki sont déterminés par l'algorithme d'optimisation de manière à stabiliser le système bouclé pour ledit point de fonctionnement déterminé et à stabiliser les systèmes bouclés pour au moins les deux points de fonctionnement déterminés voisins, tout en satisfaisant les conditions numériques correspondant à toutes les contraintes de fonctionnement. 22.- Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes 15 combinée à la revendication 11, dans lequel l'algorithme de commande prédictive du superviseur (31) utilise ledit modèle non linéaire du réacteur nucléaire. 23.- Réacteur nucléaire comprenant un coeur (5) et un ensemble (25) de régulation de paramètres opératoires du coeur, ces paramètres opératoires comprenant au moins la température moyenne du coeur (Tm) et le déséquilibre axial de puissance 20 (AO), le réacteur nucléaire (1) comprenant en outre: - un organe (27) d'acquisition d'une valeur courante d'au moins une entrée (Du, De); - un organe (29) d'acquisition d'une valeur courante (Y) d'un vecteur de sorties, les sorties comprenant au moins les paramètres opératoires ; l'ensemble de régulation (25) comprenant : 25 - un module (35) d'élaboration d'une valeur de référence (Yref) du vecteur des sorties, en utilisant la valeur courante de l'au moins une entrée (Du, DP) ; - un superviseur (31) programmé pour élaborer un vecteur (Us) de valeurs de commandes du réacteur nucléaire en mettant en oeuvre un algorithme de commande prédictive, en utilisant au moins ladite valeur courante de l'au moins une entrée (Du, De) et la valeur 30 courante (Y) du vecteur des sorties ; - un régulateur (33) programmé pour élaborer un vecteur (uK) de valeur correctives des commandes du réacteur nucléaire en mettant en oeuvre un algorithme de commande à gains séquencés, en utilisant la valeur courante (Y) du vecteur des sorties et la valeur de référence (Yref) du vecteur des sorties ; 35 - un module (37) d'élaboration d'un vecteur (U) de valeur corrigées des commandes du réacteur nucléaire, en utilisant le vecteur (Us) des valeurs des commandes élaboré par le 48 superviseur (31) et le vecteur (uK) des valeurs correctives des commandes élaboré par le régulateur (33); - un module (39) de régulation des paramètres opératoires du réacteur nucléaire, commandant des actionneurs en utilisant le vecteur (U) des valeurs corrigées des 5 commandes. 24.- Réacteur nucléaire selon la revendication 23, dans lequel le réacteur nucléaire comprend : - une cuve (3) ; - un coeur (5) comprenant une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, placé 10 dans la cuve (3) ; - des grappes (7) de contrôle de la réactivité du coeur, et des mécanismes (9) configurés pour déplacer chaque grappe (7) dans le sens d'une insertion dans le coeur (5) ou dans le sens d'une extraction hors du coeur (5) ; - un circuit primaire (10) de refroidissement du coeur (5) dans lequel circule un fluide 15 caloporteur primaire, comprenant des branches froide et chaude (11, 13) piquées sur la cuve (3) et par lesquelles le fluide caloporteur primaire respectivement pénètre dans la cuve (3) et sort de la cuve (3); - un circuit d'injection (15), configuré pour sélectivement injecter dans le fluide caloporteur primaire un poison neutronique ou du fluide diluant sans poison neutronique ; 20 les commandes comprenant au moins une vitesse de déplacement des grappes de contrôle (7) et au moins un débit d'injection de poison neutronique ou de fluide diluant. 25.- Réacteur nucléaire selon la revendication 24, dans lequel l'ensemble de régulation (25) est configuré pour déplacer les grappes (7) par groupes, un ou plusieurs groupes étant rassemblés dans un premier ensemble (Pbank, R, DCBA), les commandes 25 comprenant au moins une vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble. 26.- Réacteur nucléaire selon la revendication 25, dans lequel d'autres groupes sont rassemblés dans un second ensemble (Hbank), les commandes comprenant, en plus de la vitesse de déplacement des groupes du premier ensemble, au moins une vitesse de déplacement des groupes du second ensemble. 30