CN104617588B - 核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法与系统，根据核电机组的当前运行状态，对核电机组参与一次调频时，反应堆的功率补偿棒组控制系统中的频率补偿功率死区进行设置，从而实现根据机组具体的运行情况选择不同的反应堆功率控制方式，既能保证尽量减少G棒组的频繁动作，又能解决在CPR1000机组调峰时其一次调频能力不足的缺陷，从而进一步提高了该机组的调频调峰能力及电网的抗冲击性。

Description

核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法与系统

技术领域

本发明涉及核电机组技术领域，特别是涉及一种核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法与系统。

背景技术

目前我国核电迅速发展，到2015年装机容量将超过4000万千瓦，到2020年预计将达到5800万千瓦。虽然到时我国核电机组占总装机容量的比例仍然不是很大，但是由于我国核电站分布不均，大多集中在沿海几个省份，因此在个别省份的电网中，核电到2020年在一些沿海省份就将达到很高的比例。目前核电装机和发展速度最快的是广东电网，按照广东省核电发展规划，到2020年核电装机容量2400万千瓦，在电网所占比例24％左右，由于广东省能源匮乏，广东电网很大一部分电靠西电东送，而这部分电参与广东的调频调峰缺乏灵活性，西电在目前是基本不参与广东电网的调频调峰工作的。而目前电网的特点是峰谷差越来越大，如果核电机组未来还是以基本负荷模式运行，则广东电网内的调频调峰工作将面临巨大挑战，并对网内其它类型机组的运行和电网的品质带来较大的影响。

另外，广东电网网内上网机组一次调频功能的投入，对电网的安全运行也很重要。在2009年7月9日和10日江城直流分别两次单级跳闸事件中，已看出上网机组的一次调频量明显不足，从事件记录数据可知，本次电网频率波动时，电网内对应机组的一次调频修正量的最大值远远低于设计值，引起机组一次调频修正量不足的原因是多方面的，其中不乏无法在技术上解决的因机组特性的因素造成调频量不足。在电网内核电机组容量大幅攀升到20％以上的时候，如果不投入核电机组的一次调频功能，在出现类似的电网扰动下，只依靠火电等常规发电厂的一次调频作用，一次调频量将远远不足，电网频率的波动会更加剧烈，势必会对电网的安全运行产生极大的影响。

我国目前在建和并网运行最多的核电机组堆型是在法国M310机组上改进而来的CPR1000机组，该机组的特点是该机组为压水堆核电站，采用“G-模式”运行。G-模式是由法国法马通公司提出的，具有很好的负荷跟踪运行能力，它允许根据电网负荷的变化，快速降低或提高反应堆功率水平。机组可以按照12-3-6-3的日负荷循环进行负荷跟踪，即反应堆在12小时满功率运行后在3小时内功率线性变化到最低可达30％FP(满功率)；在30％FP工况下运行6小时后又在3小时内功率线性增长至满功率水平。

G-模式负荷跟踪运行的原理如下：

(1)由功率补偿棒组(G棒组)位置来改变反应堆功率水平，该控制系统为开环控制系统，控制棒根据功率插入到指定位置；

(2)由温度调节棒组(R棒组)来调节一回路平均温度，从而实现对反应堆功率的精细控制，R棒组还用来调节反应堆轴向功率偏差，为了限制R棒组的移动对功率分布的任何重大影响，不管功率水平如何，R棒只能插入少许，因此R棒组被限制在堆芯上部一个狭窄的调节带内运动，在负荷跟踪运行开始前，R棒需始终保持在该调节带中间位置；

(3)调节堆内可溶硼浓度来补偿由于燃耗、氙浓度变化等引起的较慢的反应性变化。

目前CPR1000机组所设计的具体的调频调峰运行与控制方式如下：

(1)只参与电网调峰运行时，这时按照G-模式负荷跟踪运行原理运行；

(2)只参与电网一次调频运行时，对±2.8FP％的负荷变化由R棒组进行补偿控制；对超过±2.8FP％的负荷变化，超过±2.8FP％的部分由G棒组进行补偿控制。这是因为R棒被限制在调节带内运行，其功率补偿的能力最大为±3FP％左右。该控制策略可以减少G棒组的频繁动作，CPR1000通过设计了一个G棒组频率补偿死区来实现上述功能。

目前CPR1000机组所设计的反应堆功率控制系统的缺陷如下：

目前CPR1000所设计的反应堆控制系统，只能实现一次调频和调峰分别运行时反应堆功率的有效控制，当该机组正在进行调峰运行时，由于R棒要进行平均温度的控制和轴向功率分布的控制，此时R棒早已偏离其调节带中间位置，并经常抵达其调节带边缘位置。若此时电网内发生负荷突变，要求CPR1000进行一次调频时，由于R棒运动受限，该机组将丧失±2.8FP％的负荷补偿，因此目前CPR1000机组所设计的控制策略和控制系统有着重要的缺陷，该缺陷将严重影响电网一次调频的质量。

发明内容

为解决CPR1000机组在调峰运行时一次调频能力的不足。本发明提供一种可以解决当机组在进行负荷跟踪运行时，R棒组偏离其调节带中间位置，导致机组一次调频能力不足的反应堆功率控制方法与控制系统，采用的具体方案如下。

一种核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法，包括步骤：

获取CPR1000核电机组的当前运行状态；

若CPR1000核电机组当前以正常负荷模式运行，则按照原频率补偿功率死区值进行反应堆功率补偿，此时，原频率补偿功率死区值范围内的负荷变化由R棒组补偿，超过原频率补偿功率死区值范围的负荷变化由G棒组协助补偿；

若CPR1000核电机组当前以负荷跟踪模式运行，则将频率补偿功率死区值置零，此时，一次调频所需的负荷变化全部由G棒组进行补偿。

一种核电机组一次调频时反应堆功率的控制系统，包括功率补偿棒组控制系统、R棒组控制系统和硼浓度调节系统，其特征在于：

在所述功率补偿棒组控制系统中增加一个选择开关，所述选择开关与所述功率补偿棒组控制系统中的频率补偿功率死区值及限值函数模块相连，用于提供频率补偿功率死区值的两种选择。

若CPR1000核电机组当前以正常负荷模式运行时，所述选择开关将频率补偿功率死区值置为所述功率补偿棒组控制系统的原频率补偿功率死区值，此时，原频率补偿功率死区值范围内的负荷变化由R棒组补偿，超过原频率补偿功率死区值范围的负荷变化由G棒组协助补偿。

若CPR1000核电机组当前以负荷跟踪模式运行时，所述选择开关将频率补偿功率死区值置为零，此时，一次调频所需的负荷变化全部由G棒组进行补偿。

本发明核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法与系统，根据核电机组的当前运行状态，对核电机组参与一次调频时，反应堆的功率补偿棒组控制系统中的频率补偿功率死区进行设置，从而实现根据机组具体的运行情况选择不同的反应堆功率控制方式，解决了目前CPR1000核电机组当其正在进行调峰运行时，电网发生负荷突变后，其一次调频能力不足的问题，可以进一步提高CPR1000核电机组调频调峰的能力和灵活性。

附图说明

图1是本发明CPR1000核电机组一次调频时反应堆功率控制方法流程图；

图2是本发明CPR1000核电机组一次调频时反应堆功率补偿棒(G棒组)控制系统示意图。

其中，PT是汽轮机负荷参考值；ΔHz是电网的频率偏差；201是一次调频频差函数；202是频率补偿功率死区值及限值函数；203是选择开关；204是选择开关；205是第一加法器；206是函数功能模块；207是第二加法器；208是函数功能模块；209是叠步计数器；210是控制棒驱动机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

本发明的CPR1000核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤s101、获取CPR1000核电机组的当前运行状态，若CPR1000核电机组当前以正常负荷模式运行，则进入步骤s102，若CPR1000核电机组当前以负荷跟踪模式运行，则进入步骤s103；

步骤s102、按照原频率补偿功率死区值进行反应堆功率补偿，此时，原频率补偿功率死区值范围内的负荷变化由R棒组补偿，超过原频率补偿功率死区值范围的负荷变化由G棒组协助补偿；

步骤s103、将频率补偿功率死区值置零，此时，一次调频所需的负荷变化全部由G棒组进行补偿。

所述原频率补偿功率死区值一般为±2.8FP％。

以上控制方法是在CPR1000原功率补偿棒控制系统中，增加了一个频率补偿功率死区值的选择。当机组为不参加调峰运行，而是以正常负荷模式运行时(若机组参加电网调频，此时机组应最高带90％FP的负荷)，则选择频率补偿功率死区值为±2.8FP％，此时，±2.8％FP的负荷变化可由R棒进行自动补偿，超过±2.8％FP的负荷变化由G棒组协助补偿；如果该机组当前的运行模式为正在进行负荷跟踪运行，则选择频率补偿功率死区值为0，此时一次调频的功率补偿由G棒完成，R棒只是进行协助，R棒主要的控制目标为控制轴向功率偏差和抵消氙浓度变化引起的反应性。

与传统方法相比，本发明的反应堆功率控制方法提出了CPR1000机组一次调频时新的反应堆功率补偿方法。该方法即能保证尽量的减少G棒组的频繁动作，又能解决在CPR1000机组调峰时其一次调频能力不足的缺陷。本控制方法能进一步提高该机组的调频调峰能力，可以进一步提高电网的抗冲击性。

CPR1000反应堆功率控制系统包括功率补偿棒组(G棒组)控制系统、R棒组控制系统(平均温度控制系统)和硼浓度调节系统。本发明提供的反应堆功率控制系统是在原功率补偿棒控制系统中，增加了一个频率补偿功率控制信号的选择开关。本选择开关是操纵员根据当前核电机组的运行模式，选择频率补偿功率控制信号的死区值：

(1)若当前机组的状态为正常负荷模式运行，则通过选择开关选择频率补偿功率的死区值为原系统的值，即为-2.8％FP(满负荷)～+2.8％FP。在核电机组参与一次调频时，应使R棒在负荷变化前处于其调节带的中间位置。此时±2.8％FP的负荷变化可由平均温度控制系统控制R棒进行自动补偿，超过±2.8％FP的负荷变化由G棒组协助补偿。

(2)若当前机组的状态为负荷跟踪模式运行，即正在参与电网的调峰调度运行，则通过选择开关选择频率补偿功率的死区值0。在核电机组参与一次调频时，应使R棒在负荷变化前处于其调节带的中间位置。此时一次调频所需要的负荷变化全部由G棒组进行补偿，R棒只是进行协助，R棒主要的控制目标为控制轴向功率偏差和抵消氙浓度变化引起的反应性。本方法可克服若在负荷跟踪过程中，R棒处于调节带边缘时，机组丧失在一次调频中进行快速的反应堆功率补偿的缺陷。

图2本发明核电机组一次调频时反应堆功率补偿控制系统的示意图，控制过程具体如下：

首先，根据电网的频率偏差ΔHz，经一次调频频差函数201模块计算得出该机组一次调频的功率补偿量。如果机组选择参加电网的一次调频运行，操纵员此时应首先使选择开关204至于“ON”位置。

此时，操纵员根据机组的运行模式进行开关203的选择。若机组为正常负荷模式运行，即不参加电网的调峰运行，此时使选择开关203至于“ON”位置，这时候，功率补偿棒(G棒组)所需补偿的功率是经过频率补偿功率死区值及限值函数202最终计算得到，此时G棒组只补偿超过±2.8FP％的负荷。若机组为正在参加电网的调峰运行，此时使选择开关203至于“OFF”位置，这时候，该核电机组参加一次调频所需补偿的功率全部由G棒组完成。

最终计算得到的一次调频频率补偿功率值与汽轮机负荷参考值PT经过第一加法器205的运算后，得出的是最终的功率补偿棒控制系统的功率设定值。根据功率设定值，经过函数功能模块206计算得出G棒组的插入堆芯棒组设定值。函数功能模块206的功能是根据不同的功率设定值和反应堆的寿期计算得出G棒组的插入堆芯棒位设定值。

经过叠步计数器209计算当前G棒组插入堆芯的位置，然后经过第二加法器207的运算后得到G棒组棒位与其设定值之间的差值。函数功能模块208的功能是根据棒位差值计算G棒组的插入棒速，棒速信号传给控制棒驱动机构210去驱动G棒组移动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法，其特征在于，包括步骤：

获取CPR1000核电机组的当前运行状态；

若CPR1000核电机组当前以正常负荷模式运行，则按照原频率补偿功率死区值进行反应堆功率补偿，此时，原频率补偿功率死区值范围内的负荷变化由R棒组补偿，超过原频率补偿功率死区值范围的负荷变化由G棒组协助补偿；所述R棒组在负荷变化前处于R棒组调节带的中间位置；

若CPR1000核电机组当前以负荷跟踪模式运行，则将频率补偿功率死区值置零，此时，一次调频所需的负荷变化全部由G棒组进行补偿，所述一次调频所需的负荷变化是根据电网的频率偏差获得的。

2.根据权利要求1所述的核电机组一次调频时反应堆功率的控制方法，其特征在于，包括：

原频率补偿功率死区值为±2.8％FP。

3.一种核电机组一次调频时反应堆功率的控制系统，包括功率补偿棒组控制系统、R棒组控制系统和硼浓度调节系统，其特征在于，

在所述功率补偿棒组控制系统中增加一个选择开关，所述选择开关与所述功率补偿棒组控制系统中的频率补偿功率死区值及限值函数模块相连，用于提供频率补偿功率死区值的两种选择，

若CPR1000核电机组当前以正常负荷模式运行时，所述选择开关将频率补偿功率死区值置为所述功率补偿棒组控制系统的原频率补偿功率死区值，此时，原频率补偿功率死区值范围内的负荷变化由R棒组补偿，超过原频率补偿功率死区值范围的负荷变化由G棒组协助补偿；所述R棒组在负荷变化前处于R棒组调节带的中间位置；

若CPR1000核电机组当前以负荷跟踪模式运行时，所述选择开关将频率补偿功率死区值置为零，此时，一次调频所需的负荷变化全部由G棒组进行补偿，所述一次调频所需的负荷变化是根据电网的频率偏差获得的。

4.根据权利要求3所述的核电机组一次调频时反应堆功率的控制系统，其特征在于，包括：

所述功率补偿棒组控制系统的原频率补偿功率死区值为±2.8％FP。