CN108900106B - 一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法 - Google Patents

一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，所述方法包括：步骤1：预设一组频率固定的控制信号及其占空比上限值，其中控制信号的占空比设置如下：从零开始，以一定的变化速率增加至占空比上限设定值；步骤2：当收到电流由大变小的指令后，切断CRDM供电装置主电路闭环调节的控制信号；步骤3：基于步骤1预设的控制信号同时控制CRDM供电装置主电路中的两路开关管；步骤3：当电流从大变小完成后，CRDM供电装置切回闭环控制，实现了消除了驱动插件输出电流波动，有效优化了CRDM供电装置的输出电流，进而提高了驱动机构长期运行的安全性和可靠性的技术效果。

Description

一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法
技术领域
本发明涉及核电站棒电源系统供电领域，具体地，涉及一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法。
背景技术
核电厂是通过控制核反应堆的反应性，调节反应堆的输出热功率，推动汽轮机运转进行发电。
控制反应堆的反应性最直接、最快速的手段就是调节具有中子吸收功能的反应堆控制棒在堆芯中的位置。
控制棒在堆芯中位置是通过控制棒驱动机构(CRDM)进行调节，CRDM内部的两个钩爪交替吸合、打开、移动，从而带动挂在CRDM驱动杆上的控制棒在反应堆堆芯活性区中上升、下插和保持不动，使其停留在堆芯中的不同位置，以便吸收不同程度中子数量，从而调节反应堆的反应性，进而调节反应堆的输出功率。
在核电厂中，设计了专用电源系统为CRDM线圈供电，称为棒电源系统，棒电源系统为CRDM提供直流动力电源。CRDM线圈由提升(LC)、传递(MC)、保持(SC)三个线圈组成，每个线圈由单独的电源系统供电模块对其供电，因此棒控电源系统的控制终端即为单个供电模块。
棒电源系统供电模块由控制电源，驱动电源，控制插件和驱动插件组成，如图1所示，其中，控制电源和驱动电源分别为控制插件和驱动插件上的器件提供直流电源，通过控制驱动插件主电路中功率开关管的开通和关断，来调节驱动插件主电路的输出，从而为CRDM线圈提供满足其精度和响应速度要求的电源。当要求驱动插件主电路的输出电流由大变小时，根据之前电站的控制方法，CRDM放电回路会发生变化，即由向滤波电容放电变为自身续流。由于放电回路发生变化，在电路寄生参数的影响下，驱动插件输出电流会出现波动。此种电流的异常波动和设计不符，且极易造成电路故障报警，影响驱动机构性能，从而影响到驱动机构长期运行的安全性和可靠性。
综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，现有的棒电源系统供电模块中驱动插件主电路的输出电流由大变小时，驱动插件输出电流会出现波动，存在极易造成电路故障报警，影响驱动机构性能，从而影响到驱动机构长期运行的安全性和可靠性的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，解决了现有的棒电源系统供电模块中驱动插件主电路的输出电流由大变小时，驱动插件输出电流会出现波动，存在极易造成电路故障报警，影响驱动机构性能，从而影响到驱动机构长期运行的安全性和可靠性的技术问题，实现了消除了驱动插件输出电流波动，有效优化了CRDM供电装置的输出电流，进而提高了驱动机构长期运行的安全性和可靠性的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，所述方法包括：
步骤1：预设一组频率固定的控制信号及其占空比上限值，其中控制信号的占空比设置如下：从零开始，以一定的变化速率增加至占空比上限设定值，上限值需要根据不同CRDM负载进行适应性修改以获得最佳控制效果；
步骤2：当CRDM供电装置主电路控制单元收到上游发出的电流由大变小的指令后，控制单元切断CRDM供电装置主电路闭环调节的控制信号；
步骤3：应用步骤1中预设的控制信号对CRDM供电装置主电路中的两路开关管进行控制；
步骤4：当CRDM供电装置的输出电流从大变小完成后，CRDM供电装置切回闭环控制。
其中，本申请中的原理为：在CRDM供电装置的输出电流由大变小的切换过程中，使用一组预设的控制信号对供电装置主电路中开关管进行控制。
控制信号具体为：频率固定且占空比从零开始并以一定速率增加至占空比上限设定值的控制信号。开关管有控制极，对其控制就是将控制信号输入其控制极即可。
本发明思路是：
1预设一组频率固定，占空比从零开始并以一定速率增加至占空比上限设定值的开关控制信号；
2当CRDM供电装置主电路控制单元收到上游发出的电流由大变小指令后，切断CRDM供电装置主电路闭环调节的控制信号；
3应用上述预设的控制信号同时控制CRDM供电装置主电路中的两路开关管；
4当电流下降到小电流后，CRDM供电装置切回闭环控制。
上述预先设定的频率固定，占空比不断调整的开关信号参数可根据试验结果进行调整，以满足不同电参数的驱动机构。
其中，CRDM供电装置主电路(图1所示)具体为：Cm为稳压电容，并联在主电路的电源输入侧；S1和S2为功率开关管，分别串联接入CRDM的前端和后端；S1和S2两端并联RC缓冲电路；D1和D2为续流二极管。稳压电容Cm、IGBT功率开关管S1和S2、续流二极管D1和D2；其中，Cm两端分别与直流输入端和直流输出端连接，S1的集电极与直流输入端连接，S1的发射极与CRDM线圈一端连接，CRDM线圈另一端与S2集电极连接，S2的发射极与直流输出端连接，D1负极与直流输入端连接，D1正极与S1连接，D2负极与S1的发射极连接，D2正极与直流输出端连接。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明所设计的控制方法避免了CRDM线圈电流过快释放而导致的供电装置输出电流异常波动，提高了供电装置的可用性，保证了驱动机构长期运行的安全性和可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请中CRDM供电装置主电路示意图；
图2是本申请中CRDM供电装置的输出和控制信号示意图；
图3a-b是本申请中主电路工作模式示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，解决了现有的棒电源系统供电模块中驱动插件主电路的输出电流由大变小时，驱动插件输出电流会出现波动，存在极易造成电路故障报警，影响驱动机构性能，从而影响到驱动机构长期运行的安全性和可靠性的技术问题，实现了消除了驱动插件输出电流波动，有效优化了CRDM供电装置的输出电流，进而提高了驱动机构长期运行的安全性和可靠性的技术效果。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1所示为CRDM供电装置主电路图，VDC为直流输入电压，Cm为稳压电容，S1和S2为功率开关管IGBT，G、S为IGBT控制极，D1和D2为续流二极管。主电路的工作原理如下：S1、S2开通时，CRDM线圈电流上升；S1关断，S2开通时，CRDM线圈电流经过D2进行续流，电流下降；S1、S2关断时，CRDM线圈电流经D1、D2向Cm释放电能。
正常运行时，图1所示主电路中开关管S1(或S2)接收脉宽调制信号，S2(或S1)接收选通信号。根据CRDM运行要求，需要主电路能够输出两种状态的电流，即大电流和小电流。在输出电流由大变小期间，为了使得输出快速降低，传统做法是同时关断开关管S1和S2，CRDM线圈向电容Cm放电；当输出电流下降到小电流时，电路切回闭环控制。输出电流由大变小和输出小电流的电路回路会发生变化，在回路切换过程中，电路的输出电流会出现较大波动，这种异常的电流输出不仅会触发电路过流报警，还会影响到CRDM的可靠运行。
针对输出的此种异常波动，本发明提出了一种新的控制方法，其具体控制原理如下：
在CRDM供电装置输出电流由大变小期间(如图2所示的t1～t2时间)，图1所示主电路中两路开关管IGBT同时接收预设的开关频率固定、占空比不断调节的控制信号。开关频率设置为1kHz以上，开关占空比D＝k*△I，其中k为比例系数，△I为负载电流参考值与实测值的差值，如图2所示，k值需根据试验结果进行调整，以满足电气参数不同的驱动机构运行需求。
此时，电路有两种工作模式，如图3所示，(a)图所示为两路开关管都开通时电路的工作模式，电容为CRDM线圈供电，线圈电流上升；(b)图所示为两路开关管都关断时电路的工作模式，CRDM线圈向电容放电，线圈电流下降。
在模式化小型堆电源柜科研项目中，已经将上述控制方法应用于CRDM供电模块的主电路中，试验结果证明，本发明所提出的控制方法有效抑制了CRDM供电装置的输出电流的异常波动。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
在CRDM供电装置输出电流由大变小期间，本控制方法能够抑制CRDM线圈过快向主电路前端稳压电容充电，从而有效消除输出电流由大变小时出现的异常波动现象，提高了供电装置的可用性，保证了驱动机构长期运行的安全性和可靠性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，其特征在于，所述方法包括：
在CRDM供电装置的输出电流由大变小的切换过程中，使用一组预设的控制信号对供电装置主电路中开关管进行控制，消除控制棒驱动机构供电装置电流波动；
当CRDM供电装置的输出电流从大变小完成后，CRDM供电装置切回闭环控制；
所述方法具体包括：
步骤1：预设一组频率固定的控制信号及其占空比上限值；
步骤2：当CRDM供电装置主电路控制单元收到上游发出的电流由大变小的指令后，控制单元切断CRDM供电装置主电路闭环调节的控制信号；
步骤3：应用步骤1中预设的控制信号对CRDM供电装置主电路中的两路开关管进行控制；
步骤4：当CRDM供电装置的输出电流从大变小完成后，CRDM供电装置切回闭环控制。
2.根据权利要求1所述的消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，其特征在于，当CRDM供电装置主电路的输出电流由大变小期间，使用一组控制信号对主电路中两路开关管进行控制，控制信号具体为：频率固定且占空比从零开始并以一定速率增加至占空比上限设定值的控制信号。
3.根据权利要求1所述的消除控制棒驱动机构供电装置电流波动的方法，其特征在于，CRDM供电装置主电路包括：
稳压电容Cm、IGBT功率开关管S1和S2、续流二极管D1和D2；其中，Cm两端分别与直流输入端和直流输出端连接，S1的集电极与直流输入端连接，S1的发射极与CRDM线圈一端连接，CRDM线圈另一端与S2的集电极连接，S2的发射极与直流输出端连接，D1负极与直流输入端连接，D1正极与S1连接，D2负极与S1的发射极连接，D2正极与直流输出端连接。
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