CN114944236A - 一种堆跟机模式反应堆功率控制***及方法 - Google Patents

一种堆跟机模式反应堆功率控制***及方法 Download PDF

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余俨
梁舒婷
常重喜
叶林
赵峰
马喜强
黄鹏
王磊
赵敬锴
张建刚
侯加麟
徐浩凇
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Abstract

本发明公开了一种堆跟机模式反应堆功率控制***及方法，包括反应堆功率测量模块、汽轮机冲动级压力测量模块、一回路平均温度测量模块、反应堆功率输出模块、汽轮机功率输出模块、一回路参考温度输出模块、一回路平均温度输出模块、功率偏差数据处理模块、温度偏差数据处理模块、选择器模块、通断器、延时控制模块、控制棒方向和速度逻辑模块及控制棒驱动机构，该***及方法能够满足反应堆功率自动控制进行负荷跟踪汽轮机的要求。

Description

一种堆跟机模式反应堆功率控制***及方法
技术领域
本发明属于核反应堆功率控制领域，涉及一种堆跟机模式反应堆功率控制***及方法。
背景技术
随着国家能源政策的改革，核电厂运行模式由原来的基荷运行逐渐转变为参与电网的调峰或者调频。原本核电厂设计的机跟堆模式(汽轮机跟随反应堆)不适用于电网的需求。堆跟机模式中，如果单独采用功率控制模式，可能导致一回路温度偏离正常运行曲线；单独采用温度控制模式，由于反应堆容量较大、温度变化总是滞后于反应堆功率的变化，反馈控制速率慢，容易导致控制***振荡或者控制稳定性差。部分核电厂采用功率和温度联合控制方式，叠加了功率偏差和温度偏差，人为的扩大了目标偏差值，导致功率控制***动作频繁，产生明显的控制超调量，不能满足反应堆功率自动控制进行负荷跟踪汽轮机的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种堆跟机模式反应堆功率控制***及方法，该***及方法能够满足反应堆功率自动控制进行负荷跟踪汽轮机的要求。
为达到上述目的，本发明所述的堆跟机模式反应堆功率控制***包括反应堆功率测量模块、汽轮机冲动级压力测量模块、一回路平均温度测量模块、反应堆功率输出模块、汽轮机功率输出模块、一回路参考温度输出模块、一回路平均温度输出模块、功率偏差数据处理模块、温度偏差数据处理模块、选择器模块、通断器、延时控制模块、控制棒方向和速度逻辑模块及控制棒驱动机构；
反应堆功率测量模块的输出端与反应堆功率输出模块的输入端相连接，反应堆功率输出模块的输出端与功率偏差数据处理模块的输入端相连接，汽轮机冲动级压力测量模块的输出端与汽轮机功率输出模块的输入端及一回路参考温度输出模块的输入端相连接，一回路平均温度测量模块的输出端与一回路平均温度输出模块的输入端相连接，一回路参考温度输出模块的输出端及一回路平均温度输出模块的输出端与选择器模块的输入端相连接，功率偏差数据处理模块的输出端与选择器模块的输入端及控制棒方向和速度逻辑模块的输入端相连接，选择器模块的输出端与通断器的控制端相连接，温度偏差数据处理模块的输出端与通断器的输入端相连接，通断器的输出端与延时控制模块的输入端相连接，延时控制模块的输出端与控制棒方向和速度逻辑模块的输入端相连接，控制棒方向和速度逻辑模块的输出端与控制棒驱动机构的控制端相连接。
本发明所述的堆跟机模式反应堆功率控制方法包括以下步骤：
1)根据反应堆功率测量模块输出的反应堆功率，通过反应堆功率输出模块计算反应堆实时功率信号PN；根据汽轮机冲动级压力测量模块输出的汽轮机冲动级压力，通过汽轮机功率输出模块计算汽轮机实时功率信号PT；
2)通过功率偏差数据处理模块计算反应堆功率PN与汽轮机功率PT的功率偏差ΔP，再将计算得到的功率偏差ΔP输入到选择器模块及控制棒方向和速度逻辑模块中；
3)将选择器模块输出的信号输入至通断器中，以控制通断器的通断；
4)当功率偏差ΔP大于等于预设偏差时，则通断器闭锁温度偏差数据处理模块计算温度偏差信号，当功率偏差ΔP超过死区值时，则控制棒方向和速度逻辑模块生成控制棒提升/下插指令，再以此控制控制棒驱动机构，使得功率偏差ΔP低于死区值；
5)根据汽轮机冲动级压力测量模块输出的汽轮机冲动级压力，通过一回路参考温度输出模块计算一回路冷却剂参考温度Tref；根据一回路平均温度测量模块输出的一回路平均温度，通过一回路平均温度输出模块计算一回路冷却剂平均温度Tavg；
6)通过温度偏差数据处理模块计算一回路冷却剂参考温度Tref与平均温度Tavg的温度偏差ΔT；
7)当功率偏差ΔP低于预设偏差时，则控制棒方向和速度逻辑模块不发出功率控制信号，此时通断器不闭锁温度偏差数据处理模块产生的温度偏差信号，温度偏差数据处理模块产生的控制信号经延时控制模块延时后，通过控制棒方向和速度逻辑模块生成控制棒提升/下插指令，以控制控制棒驱动机构，对一回路冷却剂温度Tavg进行调节。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的堆跟机模式反应堆功率控制***及方法在具体操作时，以反应堆核功率与汽轮机功率的偏差为优先调整信号，有限调整反应堆功率偏差；以反应堆一回路测量温度与汽轮机产生的参考温度的偏差为辅助调整信号，当功率偏差在死区范围时，延时调整反应堆一回路的温度，满足反应堆功率自动控制进行负荷跟踪汽轮机的要求，其中，控制目标采用单一偏差进行控制，防止人为的扩大目标偏差值，避免功率控制***频繁动作；同时功率控制快速响应，温度控制作为功率调节后反馈的辅助控制方式，控制效率高，不会导致一回路温度出现较大偏差。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为反应堆功率测量模块、2为汽轮机冲动级压力测量模块、3为一回路平均温度测量模块、4为反应堆功率输出模块、5为汽轮机功率输出模块、6为一回路参考温度输出模块、7为一回路平均温度输出模块、8为功率偏差数据处理模块、9为温度偏差数据处理模块、10为选择器模块、11为通断器、12为延时控制模块、13为控制棒方向和速度逻辑模块、14为控制棒驱动机构。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的堆跟机模式反应堆功率控制***包括反应堆功率测量模块1、汽轮机冲动级压力测量模块2、一回路平均温度测量模块3、反应堆功率输出模块4、汽轮机功率输出模块5、一回路参考温度输出模块6、一回路平均温度输出模块7、功率偏差数据处理模块8、温度偏差数据处理模块9、选择器模块10、通断器11、延时控制模块12、控制棒方向和速度逻辑模块13及控制棒驱动机构14；
反应堆功率测量模块1的输出端与反应堆功率输出模块4的输入端相连接，反应堆功率输出模块4的输出端与功率偏差数据处理模块8的输入端相连接，汽轮机冲动级压力测量模块2的输出端与汽轮机功率输出模块5的输入端及一回路参考温度输出模块6的输入端相连接，一回路平均温度测量模块3的输出端与一回路平均温度输出模块7的输入端相连接，一回路参考温度输出模块6的输出端及一回路平均温度输出模块7的输出端与选择器模块10的输入端相连接，功率偏差数据处理模块8的输出端与选择器模块10的输入端及控制棒方向和速度逻辑模块13的输入端相连接，选择器模块10的输出端与通断器11的控制端相连接，温度偏差数据处理模块9的输出端与通断器11的输入端相连接，通断器11的输出端与延时控制模块12的输入端相连接，延时控制模块12的输出端与控制棒方向和速度逻辑模块13的输入端相连接，控制棒方向和速度逻辑模块13的输出端与控制棒驱动机构14的控制端相连接。
本发明所述堆跟机模式反应堆功率控制方法包括以下步骤：
1)根据反应堆功率测量模块1输出的反应堆功率通过反应堆功率输出模块4计算反应堆实时功率信号PN；根据汽轮机冲动级压力测量模块2输出的汽轮机冲动级压力通过汽轮机功率输出模块5计算汽轮机实时功率信号PT；
2)通过功率偏差数据处理模块8计算反应堆功率PN与汽轮机功率PT的功率偏差ΔP，再将计算得到的功率偏差ΔP输入到选择器模块10及控制棒方向和速度逻辑模块13中；
3)将选择器模块10输出的信号输入至通断器11中，以控制通断器11的通断，其中，选择器模块10输出的信号为“0”或者“1”；
4)当功率偏差ΔP大于等于预设偏差时，则通断器11闭锁温度偏差数据处理模块9计算温度偏差信号，当功率偏差ΔP超过死区值时，则控制棒方向和速度逻辑模块13生成控制棒提升/下插指令，再发送给控制棒驱动机构14，其中，控制棒运动速度为设计最快速度，使得功率偏差ΔP低于死区值；
5)根据汽轮机冲动级压力测量模块2输出的汽轮机冲动级压力，通过一回路参考温度输出模块6计算一回路冷却剂参考温度Tref；根据一回路平均温度测量模块3输出的一回路平均温度，通过一回路平均温度输出模块7计算一回路冷却剂平均温度Tavg；
6)通过温度偏差数据处理模块9计算一回路冷却剂参考温度Tref与平均温度Tavg的温度偏差ΔT；
7)当功率偏差ΔP低于预设偏差时，则控制棒方向和速度逻辑模块13不发出功率控制信号，此时通断器11不闭锁温度偏差数据处理模块9产生的温度偏差信号，温度偏差数据处理模块9产生的控制信号经延时控制模块12延时后，通过控制棒方向和速度逻辑模块13生成控制棒提升/下插指令，以控制控制棒驱动机构14，对一回路冷却剂温度Tavg进行调节，控制棒速度与温度偏差ΔT呈线性关系。
8)在对一回路冷却剂温度Tavg进行调节过程中，当功率偏差ΔP超限时，则重新闭锁反应堆温度调节，功率偏差数据处理模块8、控制棒方向和速度逻辑模块13及控制棒驱动机构14重新开始调节反应堆功率。
9)以此类推，直至反应堆一回路冷却剂参考温度Tref与平均温度Tavg的偏差低于死区值，且反应堆功率PN与汽轮机功率PT的偏差低于死区值，以实现汽轮机负荷变化时反应堆功率控制的及时响应，满足堆跟机的运行需求。

Claims (6)

1.一种堆跟机模式反应堆功率控制***，其特征在于，包括反应堆功率测量模块(1)、汽轮机冲动级压力测量模块(2)、一回路平均温度测量模块(3)、反应堆功率输出模块(4)、汽轮机功率输出模块(5)、一回路参考温度输出模块(6)、一回路平均温度输出模块(7)、功率偏差数据处理模块(8)、温度偏差数据处理模块(9)、选择器模块(10)、通断器(11)、控制棒方向和速度逻辑模块(13)及控制棒驱动机构(14)；
反应堆功率测量模块(1)的输出端与反应堆功率输出模块(4)的输入端相连接，反应堆功率输出模块(4)的输出端与功率偏差数据处理模块(8)的输入端相连接，汽轮机冲动级压力测量模块(2)的输出端与汽轮机功率输出模块(5)的输入端及一回路参考温度输出模块(6)的输入端相连接，一回路平均温度测量模块(3)的输出端与一回路平均温度输出模块(7)的输入端相连接，一回路参考温度输出模块(6)的输出端及一回路平均温度输出模块(7)的输出端与选择器模块(10)的输入端相连接，功率偏差数据处理模块(8)的输出端与选择器模块(10)的输入端及控制棒方向和速度逻辑模块(13)的输入端相连接，选择器模块(10)的输出端与通断器(11)的控制端相连接，温度偏差数据处理模块(9)的输出端与通断器(11)的输入端相连接，通断器(11)的输出端与控制棒方向和速度逻辑模块(13)的输入端相连接，控制棒方向和速度逻辑模块(13)的输出端与控制棒驱动机构(14)的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的堆跟机模式反应堆功率控制***，其特征在于，通断器(11)的输出端经延时控制模块(12)与控制棒方向和速度逻辑模块(13)的输入端相连接。
3.一种堆跟机模式反应堆功率控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的堆跟机模式反应堆功率控制***，包括以下步骤：
1)根据反应堆功率测量模块(1)输出的反应堆功率，通过反应堆功率输出模块(4)计算反应堆实时功率信号PN；根据汽轮机冲动级压力测量模块(2)输出的汽轮机冲动级压力，通过汽轮机功率输出模块(5)计算汽轮机实时功率信号PT；
2)通过功率偏差数据处理模块(8)计算反应堆功率PN与汽轮机功率PT的功率偏差ΔP，再将计算得到的功率偏差ΔP输入到选择器模块(10)及控制棒方向和速度逻辑模块(13)中；
3)将选择器模块(10)输出的信号输入至通断器(11)中，以控制通断器(11)的通断；
4)当功率偏差ΔP大于等于预设偏差时，则通断器(11)闭锁温度偏差数据处理模块(9)计算温度偏差信号，当功率偏差ΔP超过死区值时，则控制棒方向和速度逻辑模块(13)生成控制棒提升/下插指令，再以此控制控制棒驱动机构(14)，使得功率偏差ΔP低于死区值；
5)根据汽轮机冲动级压力测量模块(2)输出的汽轮机冲动级压力，通过一回路参考温度输出模块(6)计算一回路冷却剂参考温度Tref；根据一回路平均温度测量模块(3)输出的一回路平均温度，通过一回路平均温度输出模块(7)计算一回路冷却剂平均温度Tavg；
6)通过温度偏差数据处理模块(9)计算一回路冷却剂参考温度Tref与平均温度Tavg的温度偏差ΔT；
7)当功率偏差ΔP低于预设偏差时，则控制棒方向和速度逻辑模块13不发出功率控制信号，此时通断器(11)不闭锁温度偏差数据处理模块(9)产生的温度偏差信号，温度偏差数据处理模块(9)产生的控制信号通过控制棒方向和速度逻辑模块(13)生成控制棒提升/下插指令，以控制控制棒驱动机构(14)，对一回路冷却剂温度Tavg进行调节。
4.根据权利要求3所述的堆跟机模式反应堆功率控制方法，其特征在于，选择器模块10输出的信号为0或者1。
5.根据权利要求3所述的堆跟机模式反应堆功率控制方法，其特征在于，通断器(11)的输出端经延时控制模块(12)与控制棒方向和速度逻辑模块(13)的输入端相连接。
6.根据权利要求5所述的堆跟机模式反应堆功率控制方法，其特征在于，步骤7)中，温度偏差数据处理模块(9)产生的控制信号经延时控制模块(12)延时后，通过控制棒方向和速度逻辑模块(13)生成控制棒提升/下插指令。
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WO2024125302A1 (zh) * 2022-12-12 2024-06-20 中广核研究院有限公司 反应堆控制方法、装置、计算机设备和存储介质

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