CN103900074A - 根据蒸汽发生器的水位变化控制增益的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种核电站中用于根据蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的设备。该设备包括：水位变化检测器，检测蒸汽发生器的水位变化；变化率计算器，计算与所检测水位变化有关的水位变化率；补偿值计算器，计算与所计算水位变化率相对应的补偿增益值；反应堆功率传感器，感测反应堆功率是否对应于特定功率或小于特定功率；以及增益补偿控制器，当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，向比例积分(PI)控制器输出通过将提供用于控制PI控制器的一般增益值与补偿增益值相组合而获得的控制增益值。

Description

根据蒸汽发生器的水位变化控制增益的设备和方法
相关申请
本申请要求2012年12月26日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2012-0153703的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及核电站中控制蒸汽发生器的水位的方法，并且更具体地，涉及低功率操作模式下减轻低温给水引起的蒸汽发生器水位的非线性行为的方法。
背景技术
一般的蒸汽发生器水位控制系统通过执行利用蒸汽发生器水位、给水流量、和蒸汽流量作为输入信号来执行比例积分(PI)控制器中实现的控制逻辑，驱动降水管给水控制阀、节流(economizer)给水控制阀和主给水泵，从而控制将蒸汽发生器的降水管水位保持在设定点附近。
图1是核电站的一般给水控制系统(FWCS)的控制逻辑电路的示意图。FWCS控制模式以20％的反应堆功率在低功率操作模式和高功率操作模式之间转换。在高功率模式下，降水管给水控制阀位于恒定位置处，以包括10％速率的给水流量，并且通过使用节流给水控制阀来控制水位。在低功率模式下，节流给水控制阀完全关闭，并且通过仅使用降水管给水控制阀来控制水位。在低功率模式下，由于给水流量和蒸汽流量信号不可用，因此通过仅使用水位信号来执行控制。
通过给水加热器使用从高压和低压涡轮提取的蒸汽被加热之后来提供对蒸汽发生器的给水。在相对较低温度下供应低功率的给水，这是因为蒸汽发生器产生的蒸汽量小于全功率条件下的蒸汽量。
图2是示出了根据反应堆功率的蒸汽发生器的给水温度的图。如图2所示，根据反应堆功率的给水温度保持在最小与最大给水温度设计范围内。具体地，如虚线圆圈所示，当反应堆在其20％或更小功率下工作时，由于给水温度与全功率操作下相比相对较低，因此蒸汽发生器水位的非线性行为由于蒸汽发生器的库存收缩/膨胀现象而增强。
在低温给水条件下，蒸汽发生器的水位的收缩/膨胀现象导致按照以下顺序的循环过程：水位降低、给水流量增加、蒸汽发生器中水凝结加速、水位收缩、所供应的给水被充分加热、以及然后尽管给水流量减少但水位增加到与先前供应的给水量一样多。用核电站的实际操作数据说明了上述低温给水条件下蒸汽发生器的水位的收缩/膨胀现象。
图3是示出了根据蒸汽发生器的给水现象蒸汽发生器的水位波动范围的视图。如图3所示，当供应低温给水时，给水控制系统的自动操作引起蒸汽发生器水位的较大波动。在给水温度较高的条件下，蒸汽发生器的水位波动范围相对减小。
发明内容
本发明的一个或多个实施例涉及一种根据水位变化自动控制比例积分(IP)控制器的增益的方法，以减少当在低功率操作模式下供应低温给水时发生的蒸汽发生器的水位瞬变现象。用于根据蒸汽发生器水位变化来控制增益的设备操作用于，对低温给水引起的蒸汽发生器水位的非线性行为作出以下响应：当蒸汽发生器的水位变化在低功率操作模式下较大时，可以通过减小增益来使PI控制器输出的变化减慢，可以通过增加增益来使PI控制器输出的变化正常。
附加方面在随后的描述的部分地提出，并且根据该描述部分地变得显而易见，或者可以通过实践所提出的实施例而得以学习。
根据本发明的一个或多个实施例，一种核电站中用于根据蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的设备，包括：水位变化检测器，检测蒸汽发生器的水位变化；变化率计算器，计算与所检测水位变化有关的水位变化率；补偿值计算器，计算与所计算水位变化率相对应的补偿增益值；反应堆功率传感器，感测反应堆功率是否对应于特定功率或小于特定功率；以及增益补偿控制器，当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，向比例积分(PI)控制器输出通过将提供用于控制PI控制器的一般增益值与补偿增益值相组合而获得的控制增益值。
特定功率可以对应于从全反应堆功率的大约10％到大约30％中的任一值。
如果反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率，则增益补偿控制器可以控制与水位变化率成反比地输出控制增益值。
如果反应堆功率大于特定功率，则增益补偿控制器可以仅控制向PI控制器输出不包括补偿增益值的控制增益值。
根据本发明的一个或多个实施例，一种在核电站中根据蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的方法，包括：检测蒸汽发生器的水位变化；计算与所检测水位变化有关的水位变化率；计算与所计算水位变化率相对应的补偿增益值；感测反应堆功率是否对应于特定功率或小于特定功率；并且当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，向比例积分(P1)控制器输出通过将提供用于控制P1控制器的一般增益值与补偿增益值相组合而获得的控制增益值。
向PI控制器输出控制增益值可以包括：当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，与水位变化率成反比地输出控制增益值。
该方法还可以包括：当反应堆功率大于特定功率时，向PI控制器输出不包括补偿增益值的控制增益值。
附图说明
根据以下结合附图的实施例描述，这些和/或其他方面变得显而易见并且更容易认识，在附图中：
图1是核电站中针对控制蒸汽发生器的水位的控制逻辑的一般给水控制系统的示意图；
图2是示出了根据反应堆功率的蒸汽发生器的给水温度的图；
图3是示出了根据蒸汽发生器的给水温度的蒸汽发生器的水位波动范围的视图；
图4是示出了根据本发明一个或多个实施例的给水控制系统的示意图，该给水控制系统包括用于根据核电站的蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的设备；
图5是图4的设备的框图；
图6是示出了当低功率反应堆的功率增加/减小时比较蒸汽发生器的水位的结果的图；以及
图7是示出了根据本发明一个或多个实施例的根据核电站的蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，参照附图描述本发明的实施例。
图4是示出了根据本发明一个或多个实施例的给水控制系统的示意图，该给水控制系统包括用于根据核电站的蒸汽发生器的水位变化率级别来控制增益的设备100。
在图4中，存在蒸汽流量1、给(水)流量2、反应堆功率3、蒸汽发生器水位4、蒸汽给水流量偏差5、零6、传递逻辑7、低反应堆功率控制程序8、针对第反应堆功率控制的信号9、蒸汽流量-给水流量偏差10、蒸汽发生器水位-蒸汽流量给水流量偏差11、蒸汽发生器水位设定点12、经补偿的蒸汽发生器水位误差13、增益控制器14、控制增益值15、重置时间常数程序16、重置时间常数17、比例积分(PI)控制器18、流量要求信号19、主给水泵速度程序20、降水管给水控制阀位置程序21、节流给水控制阀位置程序22、低反应堆功率控制程序23、针对低反应堆功率控制的信号24、零25、传递逻辑26，传递逻辑7在从针对低反应堆功率控制的信号9提供输入时允许输出从零6提供的值并且在输入为0时允许输出从蒸汽给水流量偏差5提供的值，传递逻辑26在从针对低反应堆功率控制的信号24提供的输入为1时允许输出从零25提供的值并且在输入为0时允许输出从节流给水控制阀位置程序22提供的值。由于上述元素与水位控制逻辑的一般给水控制系统的元素相同，因此省略其详细描述。
向一般给水控制系统新添加核电站中用于根据蒸汽发生器的水位变化率级别来控制增益的设备100，并且参照图5详细描述。
图5是设备100的框图。设备100包括水位变化检测器110、变化率计算器120、补偿值计算器130、反应堆功率传感器140、和增益补偿控制器150。
水位变化检测器110根据蒸汽发生器水位4来检测水位变化，并且向变化率计算器120输出与所检测水位变化有关的信号。水位变化检测器110在算法的每个执行间隔内，通过从水位的变化值获得绝对值来计算水位变化。
变化率计算器120计算与水位变化检测器110检测到的水位变化有关的水位变化率级别，并且向补偿值计算器130输出与所计算水位变化率级别有关的信号。变化率计算器120获得与水位变化有关的微分值，从而计算与水位变化有关的每个水位变化率级别。
补偿值计算器130计算与水位变化率相对应的补偿增益值，并且向增益补偿控制器150输出与所计算补偿增益值有关的信号。补偿值计算器130包括与对应于水位变化率的补偿增益值有关的表的信息，来计算补偿增益值。补偿值计算器130计算补偿值，以向PI控制器提供随着水位变化率的增加而减小的增益值。
另一方面，反应堆功率传感器140感测反应堆功率3是否对应于特定功率或小于特定功率，并且向增益补偿控制器150输出感测信号。这里，特定功率是用于确定反应堆功率3是否较低的参考值，该参考值是根据从全反应堆功率的大约10％至30％的任一值任意确定的值。例如，当确定特定功率为20％时，反应堆功率传感器140基于特定功率确定反应堆功率3是否对应于全反应堆功率的大约20％或更小。
当确定反应堆功率传感器140感测的信号对应于特定功率或小于特定功率时，增益补偿控制器150向PI控制器18输出通过将增益控制器14提供的一般增益值与补偿增益值相组合而获得的控制增益值15。
当反应堆功率3对应于特定功率或小于特定功率时，增益补偿控制器150控制与水位变化率成反比地输出控制增益值15。例如，在确定特定功率为大约20％的情况下，当反应堆功率对应于大约20％或更小时，增益补偿控制器150在蒸汽发生器水位的变化在反应堆功率为20％或更小的低功率操作模式下较大时，允许通过减小PI控制器18的增益来逐步改变PI控制器18的输出。同样，当蒸汽发生器水位的变化较小时，通过增加增益来允许PI控制器18的输出具有正常变化率，从而对应于由低温给水引起的控制蒸汽发生器水位的非线性。
另一方面，当反应堆功率3大于特定功率时，增益补偿控制器150控制向PI控制器18输出不包括补偿增益值的控制增益值15。例如，在高功率模式下确定特定功率为大约20％的情况下，增益补偿控制器150在不包括补偿值计算器130提供的补偿增益值的同时向PI控制器18仅输出增益控制器14提供的一般增益值，在高功率模式下，反应堆功率3对应于20％或更大。
图6是示出了当低功率反应堆的功率增加/减小时比较蒸汽发生器的水位的结果的图。①是在核电站的负载改变(即，反应堆功率在低功率操作模式下改变)时按照一般方式比较蒸汽发生器水位的结果。②是在核电站的负载在低功率操作模式下改变时根据本发明实施例比较蒸汽发生器水位的结果。根据本发明的一个或多个实施例(而不是一般方式)，可以在低功率操作模式下显著减小反应堆功率引起的蒸汽发生器水位的波动范围。
在下文中，参照附图描述根据本发明实施例的控制增益的方法。
图7是示出了根据本发明一个或多个实施例的根据核电站的蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的方法的流程图。
检测到蒸汽发生器的水位变化(200)。在算法的每个执行间隔内通过从水位的变化值获得绝对值来计算水位变化。
在操作200之后，计算与所检测水位变化有关的水位变化率(202)。通过获得与所检测水位变化有关的微分值来计算与水位变化有关的每个水位变化率。
在操作202之后，计算与所计算的水位变化率相对应的补偿增益值(204)。系统地，提供与分别对应于水位变化率的补偿增益值有关的表的信息。当向PI控制器提供较小控制增益值时，计算补偿值以允许水位变化率的值增加。
在操作204之后，确定反应堆功率是否对应于特定功率或小于特定功率(206)。特定功率是用于确定反应堆功率是否较低的参考值，并且可以确定为从全反应堆功率的大约10％到30％的任一值。例如，当基于上述将特定功率设置为大约20％时，确定反应堆功率是否对应于20％或小于20％。
在操作206之后，如果反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率，则向PI控制器输出通过将增益控制器14提供的一般增益值与补偿增益值相比较而获得的控制增益值(208)。向PI控制器输出控制增益值的操作包括：如果反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率，则向PI控制器输出与水位变化率成反比的控制增益值。例如，在反应堆功率为20％或更小的操作模式下将特定功率设置为20％的情况下，当蒸汽发生器水位的变化较大时，减小PI控制器的增益以允许PI控制器的输出逐步改变。同样，当变化较小时，增加增益以允许PI控制器的输出具有正常变化率，从而对应于由低温给水引起的控制蒸汽发生器水位的非线性。
在操作206中，如果反应堆功率大于特定功率，则向PI控制器输出不包括补偿增益值的控制增益值(210)。例如，当在高功率模式下将特定功率设置为20％时，向PI控制器仅输出增益控制器14提供的不包括补偿增益值的一般增益值，在高功率模式下，反应堆功率对应于大于20％。
如上所述，根据本发明一个或多个以上实施例，提供以下效果：通过在低功率操作模式下高效地控制低温给水引起的蒸汽发生器的水位的收缩/膨胀效果来显著减轻蒸汽发生器的过度水位现象。
通过上述，可以减小在低功率模式下反应堆功率增加/减小时蒸汽发生器的水位过度波动引起的反应堆关闭的可能性，从而显著减少操作员的负担，并且贡献于提高核电站的使用率和经济可行性。
另一方面，可以将上述方法实现为可以是计算机可读的代码/指令/程序。例如，例如方法可以以使用计算机可读记录介质执行代码/指令/程序的通用数字计算机来实现。计算机可读记录介质的示例包括磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘、磁带等)以及光记录介质(例如，CD-ROM或DVD)。
应当注意本文描述的示例实施例应当仅在描述意义下考虑并非出于限制目的。典型地，每个实施例内特征或方面的描述应当视为对于其他实施例中的其他类似特征或方面可用。
尽管参照附图描述了本发明的一个或多个实施例，然而本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定范围的本发明的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节的多种改变。

Claims (7)

1.一种核电站中用于根据蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的设备，所述设备包括：
水位变化检测器，检测蒸汽发生器的水位变化；
变化率计算器，计算与所检测水位变化有关的水位变化率；
补偿值计算器，计算与所计算水位变化率相对应的补偿增益值；
反应堆功率传感器，感测反应堆功率是否对应于特定功率或小于特定功率；以及
增益补偿控制器，当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，向比例积分PI控制器输出通过将提供用于控制PI控制器的一般增益值与补偿增益值相组合而获得的控制增益值。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，特定功率对应于从全反应堆功率的大约10％到大约30％中的任一值。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，增益补偿控制器控制与水位变化率成反比地输出控制增益值。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，当反应堆功率大于特定功率时，增益补偿控制器仅控制向PI控制器输出不包括补偿增益值的控制增益值。
5.一种在核电站中根据蒸汽发生器的水位变化率来控制增益的方法，所述方法包括：
检测蒸汽发生器的水位变化；
计算与所检测水位变化有关的水位变化率；
计算与所计算水位变化率相对应的补偿增益值；
感测反应堆功率是否对应于特定功率或小于特定功率；并且
当反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率时，向比例积分PI控制器输出通过将提供用于控制PI控制器的一般增益值与补偿增益值相组合而获得的控制增益值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，向PI控制器输出控制增益值包括：如果反应堆功率对应于特定功率或小于特定功率，则与水位变化率成反比地输出控制增益值。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括：当反应堆功率大于特定功率时，向PI控制器输出不包括补偿增益值的控制增益值。
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