CN109582047B - 中间回路流量控制方法、装置以及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法、控制装置以及用于低温核供热堆机组的控制系统。该中间回路流量控制方法，包括以下步骤：获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值；以及根据所述运行模式，基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值和/或所述主蒸汽压力的设定值和测量值，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速。
Description
技术领域
本发明涉及核电机组技术领域，尤其涉及用于低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法、控制装置以及用于低温核供热堆机组的控制系统。
背景技术
传统的压水堆核电站是两重回路的装置，反应堆堆芯布置在压力壳内，一回路冷却剂通过主泵压送至堆芯处，将堆芯产生的热量带至蒸发器并加热二回路水使之汽化，产生的蒸汽参与汽轮机发电，最后凝结为冷凝水经过给水泵加压送回蒸发器完成循环。
低温核供热堆电站采用了不同于上述典型核电站的三重回路设计。一回路完全布置在压力壳内部，避免了大破口事故的发生，实现全功率范围自然循环，并具有非能动余热载出的能力，具有显著的安全性。而中间回路将反应堆一回路与二回路隔离，堆芯产生的热量随着自然循环通过压力壳上部的主换热器传递到中间回路，中间回路冷却水流经蒸发器，再加热二回路水产生蒸汽。由于中间回路的压力高于一回路和二回路，有效地消除了一回路的放射性物质通过中间回路泄漏到二回路的可能。
相比于传统的压水堆核电站功率控制系统，低温核供热堆电站一回路与二回路之间增加了一个中间回路，并且中间回路载热水由变频泵驱动，在中间回路流量变化的情况下，传热工况改变，可以调节反应堆冷却剂温度参数以及蒸发器蒸汽参数，提供了更好的控制性能。但目前，低温核工堆运行控制系统没有利用中间回路泵参与控制，而是采用在设定转速下运行的模式，没有充分发挥中间回路流量可调的控制特性。同时，由于增加了一个传热回路，也带来了效率的损失，在不同的功率水平下，选择适当的中间回路的流量有利于减少由此带来的效率损失。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种用于低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法、控制装置以及用于低温核供热堆机组的控制系统。
根据本发明的一个方面，提供一种低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法，包括以下步骤：获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值；以及根据所述运行模式，基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值和/或所述主蒸汽压力的设定值和测量值，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速。
根据本发明的另一个方面，还提供一种低温核供热堆机组的中间回路流量控制装置，包括：获取单元，被配置为获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值；以及确定单元，被配置为根据所述运行模式，基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值和/或所述主蒸汽压力的设定值和测量值，，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速。
根据本发明的又一个方面，还提供一种用于低温核供热堆机组的控制系统，包括：反应堆功率控制装置、主蒸汽流量控制装置、汽轮机功率控制装置以及如上所述的中间回路流量控制装置。
根据本发明的用于低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法、控制装置以及用于低温核供热堆机组的控制系统至少能够实现以下有益技术效果之一：增加了低温核供热堆电站的控制柔性，提升机组的控制性能，并且在功率机动的过程中，使得堆芯出口温度、主蒸汽压力更快地恢复到设定值并减小波动；此外，有利于提高系统的效率，同时一回路出入口温差增大，有利于增强自然循环，保证反应堆热量的导出，并且利于保证二回路温差以及蒸汽发生器产生的蒸汽品质。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明的用于多低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法。
图2示出了根据本发明的中间回路流量控制装置的示例性结构。
图3示出根据本发明的中间回路流量控制方法、在低温核供热堆机组的运行模式为带基本负荷运行模式的示例性控制工程组态图。
图4示出根据本发明的中间回路流量控制方法、在低温核供热堆机组的运行模式为负荷跟踪运行模式的示例性控制工程组态图。
图5示出根据本发明的中间回路流量控制方法，在低温核供热堆机组的运行模式为协调运行模式的示例性控制工程组态图。
图6示出了用于低温核供热堆机组的工艺流程和控制系统的示例。
图7示出了汽轮机功率设定值阶跃下降时，利用主蒸汽压力控制中间回路转速和无控制定转速两种情况下的主要参数动态特性。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明的用于多低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法。
如图1所示，在步骤S11，根据所述低温核供热堆机组的运行模式，获取所述低温核供热堆机组的堆芯出口温度的设定值和测量值或者所述主蒸汽压力的设定值和测量值；以及
在步骤S12，基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值或者主蒸汽压力的设定值和测量值，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速。
根据本发明的一个实施例，可以从上层控制系统获取低温核供热堆机组的运行模式。根据本发明的低温核供热堆机组的运行模式包括：带基本负荷运行模式和负荷跟踪运行模式。
带基本负荷运行模式是指核电站满功率或接近满功率地稳定运行。核电站通常是处于带基本负荷模式运行的。负荷跟踪运行模式是为了适于电网昼夜峰谷负荷特点，其通过反应堆操纵员根据电网计划手动改变负荷定值而在低谷负荷时降功率运行来实现。在传统大电网中，核电站机组在带基本负荷运行模式下运行；在区域小电网中，即核电机组容量占电网总容量的较大份额时，核电机组在负荷跟踪运行模式下运行；此外，当电网中接入大量可再生能源时，可再生能源的随机性和波动性会造成电网频率变化加剧，此时核电机组也需要运行在负荷跟踪模式下。
因此，可以基于核电站在电网中的运行情况，确定低温核供热堆机组的运行模式，并且，例如由操作员将低温核供热堆机组的运行模式作为基本控制信息输入上层控制系统。
堆芯出口温度的设定值可以通过主蒸汽流量设定值计算得到，主蒸汽压力的设定值例如可以根据机组功率设定值计算获得或直接由操作员给出。堆芯出口温度的测量值和主蒸汽压力的测量值例如可以从低温核供热堆机组处获得。
以下，分别针对在低温核供热堆机组的带基本负荷运行模式、负荷跟踪模式和协调运行模式下对中间回路流量的控制进行描述。
【带基本负荷运行模式】
根据本发明的一个实施例，在步骤S11中，获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值，以确定堆芯出口温度偏差和主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述堆芯出口温度偏差和主蒸汽压力偏差，确定所述中间回路流量设定值。根据本发明，在机组运行模式为基本负荷运行模式时，中间回路流量控制系统的控制对象为堆芯出口温度，即只根据堆芯出口温度对中间回路流量进行控制。
根据控制精度要求，可以选取不同的控制算法作为根据本发明的预定控制算法，其例如工程上形式简单、易于实现的比例积分控制算法、最优二次控制算法等。
更具体地，将堆芯出口温度的设定值和测量值进行比较后得到堆芯出口温度偏差，并基于堆芯出口温度偏差与中间回路流量的关系，利用例如比例积分算法，将堆芯出口温度偏差转换为中间回路流量设定值，以便基于中间回路流量设定值对中间回路流量进行控制。
例如，根据本发明的一个实施例，比例积分控制算法的具体形式可以是：
其中，e为PI控制算法的输入信号，u为PI控制算法的输出信号，Kp，KI为分别为PI控制算法的比例系数和积分系数。在本实施例中，e为堆芯出口温度偏差，u为中间回路流量设定值。
在通过预定控制算法，将堆芯出口温度偏差转换为中间回路流量设定值输出后，可以将中间回路流量设定值信号传送给中间回路泵，以便中间回路泵根据该中间回路流量设定值信号控制泵转速，从而控制泵流量。
【负荷跟踪运行模式】
根据本发明的另一个实施例，在步骤S11中，根据低温核供热堆机组的带负荷跟踪运行模式，获取所述低温核供热堆机组的主蒸汽压力的设定值和测量值，以确定主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述主蒸汽压力，确定所述中间回路流量设定值。根据本发明，在机组运行模式为负荷跟踪运行模式时，中间回路流量控制系统的控制对象为主蒸汽压力，即只根据主蒸汽压力对中间回路流量进行控制。
根据控制精度要求，可以选取不同的控制算法作为根据本发明的预定控制算法，其例如工程上形式简单、易于实现的比例微分积分控制算法、最优二次控制算法等。
更具体地，将主蒸汽压力的设定值和测量值进行比较后得到主蒸汽压力偏差，并基于主蒸汽压力偏差与中间回路流量的关系，利用例如比例积分算法，将主蒸汽压力偏差转换为中间回路流量设定值，以便基于中间回路流量设定值对中间回路的流量进行控制。
例如，根据本发明的一个实施例，比例微分积分控制算法的具体形式可以是：
其中，e为PI控制算法的输入信号，u为PI控制算法的输出信号，Kp，KI为分别为PI控制算法的比例系数和积分系数。在本实施例中，e为主蒸汽压力偏差，u为中间回路流量设定值。
在通过预定控制算法，将主蒸汽压力偏差转换为中间回路流量设定值输出后，可以将中间回路流量设定值信号传送给中间回路泵，以便中间回路泵根据该中间回路流量设定值信号控制中间回路泵的转速，从而控制泵流量。
【协调运行模式】
根据本发明的一个实施例，在步骤S11中，获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值，以确定堆芯出口温度偏差和主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述堆芯出口温度偏差和主蒸汽压力偏差，确定所述中间回路流量设定值。根据本发明，在机组运行模式为协调运行模式时，中间回路流量控制系统的控制对象为堆芯出口温度和主蒸汽压力两者，即根据堆芯出口温度和主蒸汽压力两者共同对中间流量进行控制。
根据控制精度要求，可以选取不同的控制算法作为根据本发明的预定控制算法，其例如工程上形式简单、易于实现的比例微分积分控制算法、最优二次控制算法等。
更具体地，将堆芯出口温度的设定值和测量值进行比较后得到堆芯出口温度偏差，将主蒸汽压力的设定值和测量值进行比较后得到主蒸汽压力偏差，并基于堆芯出口温度偏差以及主蒸汽压力偏差与中间回路流量的关系，利用例如比例积分算法，将堆芯出口温度偏差转换为中间回路流量设定值，以便基于中间回路流量设定值对中间回路流量进行控制。
例如，可以将堆芯出口温度偏差以及主蒸汽压力偏差进行组合运算，作为预定控制算法的输入。组合运算可以是线性运算或者非线性运算，其可以根据实际需求来设置。例如，可以对堆芯出口温度偏差以及主蒸汽压力偏差进行加权求和，各参数的权重可以根据实际需要来任意设定。
例如，根据本发明的一个实施例，比例积分控制算法的具体形式可以是：
其中，e为PI控制算法的输入信号，u为PI控制算法的输出信号，Kp，KI为分别为PI控制算法的比例系数和积分系数。在本实施例中，e为堆芯出口温度偏差与主蒸汽压力偏差的组合运算结果，u为中间回路流量设定值。
在通过预定控制算法，将堆芯出口温度偏差与主蒸汽压力偏差的组合转换为中间回路流量设定值输出后，可以将中间回路流量设定值信号传送给中间回路泵，以便中间回路泵根据该中间回路流量设定值信号控制泵转速，从而控制泵流量。对于本发明的中间回路流量控制方法，包括在低温核供热堆机组的带基本负荷运行模式、负荷跟踪模式和协调运行模式下，其还可以包括对低温核供热堆机组的运行故障的监测。
更具体地，本发明的中间回路流量控制方法还可以包括：监测所述堆芯出口温度测量值或所述主蒸汽压力测量值，以判断所述低温核供热堆机组的运行是否发生故障；当所述低温核供热堆机组的运行发生故障时，将基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值确定中间回路流量设定值的自动运行切换至手动运行，以由操作员提供所述中间回路流量设定值，从而基于操作员给定的中间回路流量设定值控制中间回路泵的转速；当所述故障解除时，由所述手动运行切换至所述自动运行。
可以通过监测当出口温度测量值或主蒸汽压力测量值来判断低温核供热堆机组的运行状况。根据本发明一个实施例，在低温核供热堆机组处于带基本负荷运行模式下，可以通过监测堆芯出口温度测量值来监测低温核供热堆机组的运行异常。根据本发明的另一个实施例，在低温核供热堆机组处于负荷跟踪运行模式下，可以通过监测主蒸汽压力测量值来监测低温核供热堆机组的运行异常。
在本发明中，当监测的堆芯出口温度测量值或者主蒸汽压力测量值在预定阈值范围之内时，表明低温核供热堆机组处于正常运行状态下；当堆芯出口温度测量值和/或主蒸汽压力测量值超过预定阈值范围(例如传感器故障导致未能接受到频率信号)，表明低温核供热堆机组的运行发生异常状况。
虽然以上示出了以堆芯出口温度测量值或者主蒸汽压力测量值是否在预定阈值范围内来判断低温核供热堆机组的运行是否正常，但本发明不限于此，还可以根据堆芯出口温度测量值或者主蒸汽压力测量值的幅值变化是否在某一预定范围，或者根据堆芯出口温度测量值或者主蒸汽压力测量值的幅值或者幅值变出啊超出预定范围的时间是否在某一预定范围内等等，来判断低温核供热堆机组的运行是否正常。
在判断出低温核供热堆机组的运行发生故障时，可以将基于堆芯出口温度的设定值和测量值或者主蒸汽压力的设定值和测量值确定中间回路流量设定值的自动运行切换为手动运行，即由操作员给出中间回路流量设定值。当故障解除，低温核供热堆机组达到自动运行的要求时，切换回自动运行。
根据本发明，还提供一种低温核供热堆机组的中间回路流量控制装置。图2示出了根据本发明的中间回路流量控制装置的示例性结构。如图2所示，中间回路流量控制2装置包括：获取单元21，被配置为根据所述低温核供热堆机组的运行模式，获取所述低温核供热堆机组的堆芯出口温度的设定值和测量值或者主蒸汽压力的设定值和测量值；以及确定单元22，被配置为基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值或者主蒸汽压力的设定值和测量值，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速。
根据本发明的一个实施例，所述获取单元还被配置为获取所述低温核供热堆机组的运行模式，其中，所述温核供热堆机组的运行模式包括：带基本负荷运行模式和负荷跟踪运行模式。
根据本发明的一个实施例，获取单元21被配置为根据所述低温核供热堆机组的带基本负荷运行模式，获取低温核供热堆机组的堆芯出口温度的设定值和测量值，确定单元22被配置为根据确定堆芯出口温度的设定值和测量值确定堆芯出口温度偏差，并根据预定控制算法，基于堆芯出口温度偏差，确定中间回路流量设定值。
根据本发明的另一个实施例，获取单元21可以被配置为根据低温核供热堆机组的负荷跟踪运行模式，获取低温核供热堆机组的主蒸汽压力的设定值和测量值，确定单元22可以被配置为根据主蒸汽压力的设定值和测量值确定主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于主蒸汽压力偏差，确定中间回路流量设定值。
根据本发明，预定控制算法可以是比例积分控制算法或者最优二次控制算法。
根据本发明的中间回路流量控制装置还包括：监测单元，被配置为监测堆芯出口温度的测量值或主蒸汽压力的测量值，以判断低温核供热堆机组的运行是否发生故障；以及切换单元，被配置为当所述低温核供热堆机组的运行发生故障时，将基于堆芯出口温度的设定值和测量值或主蒸汽压力的设定值和测量值确定中间回路流量设定值的自动运行切换至手动运行，以由操作员提供所述中间回路流量设定值；当故障解除时，由所述手动运行切换至所述自动运行。
根据本发明的上述获取单元、确定单元、监控单元、切换单元的操作可以参照例如上述结合图1描述的获取步骤、确定步骤、监控步骤、切换步骤的操作，在此省略对它的详细的描述。
本领域技术人员可以理解，本发明中上述各个模块之间的耦合，可以通过有线的方式进行耦合，也可以通过无线的方式进行耦合，也可以通过有线、无线相结合的方式进行耦合。另外，各个模块之间通讯所采用的协议、规范，可以是现有的协议和规范，也可以根据实际的工况和要求进行定制。这些都在本发明的范围内。
根据本发明，还提供一种用于低温核供热堆机组的控制系统。该控制系统可以包括：反应堆功率控制装置、主蒸汽流量控制装置、汽轮机功率控制装置以及如上所述、根据本发明实施例的中间回路流量控制装置。
反应堆功率控制装置、主蒸汽流量控制装置、汽轮机功率控制装置可以采用本领公知的用于低温核供热堆机组的控制系统的反应堆功率控制装置、主蒸汽流量控制装置、汽轮机功率控制装置。其具体配置和控制方式在此不再赘述。
图3示出根据本发明的中间回路流量控制方法、在低温核供热堆机组的运行模式为带基本负荷运行模式的示例性控制工程组态图。
如图3所示，例如从上层控制系统获得堆芯出口温度设定值102，并从低温核供热堆机组中获得堆芯出口温度测量值202；将堆芯出口温度测量值202与堆芯出口温度设定值102比较后得到堆芯出口温度偏差302；堆芯出口温度偏差302经过执行控制算法的控制器801计算调整输出，经过限幅器802后输出中间回路流量设定值501，其中，控制器801可以根据控制精度要求选取不同的控制算法，例如工程上形式简单，易于实现的比例积分(Proportional Integral，PI)控制算法，最优二次控制算法等。中间回路泵301接收中间回路流量设定值501指令并以相应转速运行。
此外，堆芯出口温度测量值202分别经过限幅比较器803和限速比较器804，输出限幅信号601和限速信号602，限幅信号601和限速信号602均为开关量。当堆芯出口温度测量值202的幅值变化范围和速度都在限定要求内时，表明机组和控制系统处于正常运行状态下，限幅信号601和限速信号602均为0，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号603，与自动运行指令401再经过逻辑运算“与”后，输出中间回路流量控制系统自动运行的信号，其中，自动运行指令401为开关量。当机组发生异常状况时，例如传感器故障导致未能接受到频率信号，使得堆芯出口温度测量值202的幅值变化范围或速度超过限定要求，此时，限幅信号601和限速信号602中至少有一个为1，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号603为1，该信号与自动运行指令401经过逻辑运算AND后，输出控制的信号为0，即从自动运行切换手动运行，在手动运行的情况下，由操作员给出中间回路流量设定值。
图4示出根据本发明的中间回路流量控制方法、在低温核供热堆机组的运行模式为负荷跟踪运行模式的示例性控制工程组态图。
如图4所示，例如从上层控制系统获得主蒸汽压力设定值101，并从低温核供热堆机组处获得主蒸汽压力测量值201；将主蒸汽压力测量值201与主蒸汽压力设定值101比较后得到主蒸汽压力偏差301；主蒸汽压力偏差301经过执行控制算法的控制器801计算调整输出，经过限幅器802后输出中间回路流量设定值501，其中，控制器801可以根据控制精度要求选取不同的控制算法，例如工程上形式简单，易于实现的比例积分(ProportionalIntegral，PI)控制算法，最优二次控制算法等。中间回路泵301接收中间回路流量设定值501指令并以相应转速运行。
主蒸汽压力测量值201分别经过限幅比较器803和限速比较器804，输出限幅信号601和限速信号602，限幅信号601和限速信号602均为开关量；
当主蒸汽压力测量值201的幅值变化范围和速度都在限定要求内时，表明机组和控制系统处于正常运行状态下，限幅信号601和限速信号602均为0，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号603，与自动运行指令401再经过逻辑运算“与”后，输出中间回路流量控制系统自动运行的信号，其中，自动运行指令401为开关量。当机组发生异常状况时，如传感器故障导致未能接受到频率信号，使得主蒸汽压力测量值201的幅值变化范围或速度超过限定要求，此时，限幅信号601和限速信号602中至少有一个为1，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号603为1，该信号与自动运行指令401经过逻辑运算“与”后，输出控制的信号为0，即从自动运行切换手动运行，在手动运行的情况下，由操作员给出中间回路流量设定值。
图5示出根据本发明的中间回路流量控制方法，在低温核供热堆机组的运行模式为协调运行模式的示例性控制工程组态图。
如图5所示，例如从上层控制系统获得堆芯出口温度设定值102和主蒸汽压力设定值103，并从低温核供热堆机组中获得堆芯出口温度测量值202和主蒸汽压力测量值203；将堆芯出口温度测量值202与堆芯出口温度设定值102比较后得到堆芯出口温度偏差302；将主蒸汽压力测量值203与主蒸汽压力设定值103比较后得到主蒸汽压力偏差303；堆芯出口温度偏差302和主蒸汽压力偏差303经过执行控制算法的控制器801计算调整输出，经过限幅器802后输出中间回路流量设定值501，其中，控制器801可以根据控制精度要求选取不同的控制算法，例如工程上形式简单，易于实现的比例积分(Proportional Integral，PI)控制算法，最优二次控制算法等。中间回路泵301接收中间回路流量设定值501指令并以相应转速运行。
此外，堆芯出口温度测量值202分别经过限幅比较器803和限速比较器804，输出限幅信号601和限速信号602，限幅信号601和限速信号602均为开关量。主蒸汽压力测量值302分别经过限幅比较器803和限速比较器804，输出限幅信号604和限速信号605，限幅信号604和限速信号605均为开关量。当堆芯出口温度测量值202的幅值变化范围和速度都在限定要求内时，表明堆芯运行和控制系统处于正常运行状态下，限幅信号601和限速信号602均为0，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号603。当主蒸汽压力测量值302的幅值变化范围和速度都在限定要求内时，表明机组运行和控制系统处于正常状态下，限幅信号604和限速信号605均为0，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号606。逻辑信号603、逻辑信号606和自动运行指令401再经过逻辑运算“与”后，输出中间回路流量控制系统自动运行的信号，其中，自动运行指令401为开关量。当堆芯和机组发生异常状况时，例如传感器故障导致未能接受到频率信号，使得堆芯出口温度测量值202的幅值变化范围或速度超过限定要求，此时，限幅信号601和限速信号602中至少有一个为1，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号603为1，或主蒸汽压力测量值302的幅值变化范围或速度超过限定要求，此时，限幅信号604和限速信号605中至少有一个为1，这两个信号经过逻辑运算“或”和“非”后，输出逻辑信号606为1，逻辑信号603，逻辑信号606与自动运行指令401经过逻辑运算AND后，输出控制的信号为0，即从自动运行切换手动运行，在手动运行的情况下，由操作员给出中间回路流量设定值。
下面将具体说明本发明的中间回路流量控制方法的具体在200MWth低温核供热堆上的应用，其中，低温核供热堆机组在负荷跟踪模式下运行，即中间回路流量设定值由主蒸汽压力进行控制。200MWth低温核供热堆机组的工艺流程和控制系统如图6所示，低温核供热堆机组主要包括反应堆1、中间回路泵2、蒸汽发生器3、主汽调阀4、汽轮机组、凝汽器、凝水泵、轴封加热器低压加热器、除氧器和给水泵等，机组控制系统主要包括反应堆功率控制系统51、中间回路流量控制系统52、主蒸汽流量控制系统53和汽轮机功率控制系统54和上层控制系统55。
如附图5所示，低温核供热堆机组运行时，上层控制系统55产生汽轮机有功功率设定值以及主蒸汽压力设定值以及自动运行指令。
在负荷跟踪运行模式下时，从蒸汽发生器3出口处获得主蒸汽压力测量值，与上层控制系统55给出的主蒸汽压力设定值比较，得到主蒸汽压力偏差，作为中间回路流量控制器的输入信号。本实施例中，中间回路流量控制系统的控制算法采用PI控制算法，具体形式为
其中，e为PI控制器的输入信号，u为PI控制器的输出信号，Kp、KI为PI控制器的比例系数和积分系数。在本实施例中，e为主蒸汽压力偏差，u为中间回路流量设定值。
主蒸汽压力偏差经过中间回路流量控制器后，输出中间回路流量设定值。中间回路流量设定值信号传送给中间回路泵。
例如可以通过以下方式确定堆芯出口温度设定值：从汽轮机处获得汽轮机有功功率的测量值，与汽轮机有功功率的设定值比较后，得到汽轮机有功功率的偏差，汽轮机有功功率偏差经过汽轮机功率控制器，计算得到主蒸汽流量的设定值；计算单元通过查表，将汽轮机输出的主蒸汽流量设定值转换为反应堆功率设定值和堆芯出口温度设定值。
反应堆功率设定值与反应堆功率测量值比较得到反应堆功率偏差，堆芯出口温度设定值与堆芯出口温度测量值比较得到堆芯出口温度偏差。堆芯出口温度偏差经过中间回路流量控制器后，输出中间回路流量设定值。中间回路流量设定值信号传送给中间回路泵。
此外，根据反应堆功率偏差、堆芯出口温度偏差，还可以由反应堆功率控制系统输出控制棒棒速信号，以控制反应堆1的运行。
另外，主蒸汽流量控制系统53运行时，从主汽调阀4出口获得主蒸汽流量的测量值，并与主蒸汽流量设定值进行比较，得到主蒸汽流量偏差，主蒸汽流量偏差经过主蒸汽流量控制器后，计算输出得到主汽调阀4的开度信号，主汽调阀4接收信号并改变阀位开度。
对上述200MWth低温核供热堆在MATLAB中进行数值仿真实验，选取工况为第5000s时汽轮机功率设定值阶跃下降。比较没有中间回路转速控制和利用主蒸汽压力控制中间回路转速这两种情况下低温核供热堆的主要参数动态特性，曲线如图7所示。从动态特性曲线可以看出，加入中间回路转速控制后，相对核功率以及主蒸汽压力的波动范围比定转速时更小，同时主蒸汽压力也能更快地恢复至设定值。根据本发明的用于低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法、控制装置和控制系统相比现有技术，至少具有以下有益技术效果：通过中间回路泵参与堆机协调控制，增加了低温核供热堆电站的控制柔性，提升机组的控制性能，并且在功率机动的过程中，使得堆芯出口温度、主蒸汽压力更快地恢复到设定值并减小波动；此外，在低功率运行时，通过主动降低中间回路流量，使得各个回路的温差增大，有利于提高系统的效率，同时一回路出入口温差增大，有利于增强自然循环，保证反应堆热量的导出，并且利于保证二回路温差以及蒸汽发生器产生的蒸汽品质。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低温核供热堆机组的中间回路流量控制方法，包括以下步骤：
获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值；以及
根据所述运行模式，基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值和/或所述主蒸汽压力的设定值和测量值，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速；
所述低温核供热堆机组的运行模式包括：带基本负荷运行模式、负荷跟踪运行模式和协调运行模式；
其中，在所述获取步骤中，根据所述低温核供热堆机组的协调运行模式，获取所述低温核供热堆机组的堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值，以确定堆芯出口温度偏差和主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述堆芯出口温度偏差和所述主蒸汽压力偏差，确定所述中间回路流量设定值；或
在所述获取步骤中，根据所述低温核供热堆机组的带基本负荷运行模式，获取所述低温核供热堆机组的堆芯出口温度的设定值和测量值，以确定堆芯出口温度偏差，并根据预定控制算法，基于所述堆芯出口温度偏差，确定所述中间回路流量设定值；或
根据所述低温核供热堆机组的负荷跟踪运行模式，获取所述低温核供热堆机组的主蒸汽压力的设定值和测量值，以确定主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述主蒸汽压力偏差，确定所述中间回路流量设定值。
2.根据权利要求1所述的中间回路流量控制方法，其中，所述预定控制算法为比例积分微分控制算法。
3.根据权利要求1或2所述的中间回路流量控制方法，还包括：
监测所述堆芯出口温度的测量值或所述主蒸汽压力的测量值，以判断所述低温核供热堆机组的运行是否发生故障；
当所述低温核供热堆机组的运行发生故障时，将基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值或者所述主蒸汽压力的设定值和测量值确定中间回路流量设定值的自动运行切换至手动运行，以由操作员提供所述中间回路流量设定值；
当所述故障解除时，由所述手动运行切换至所述自动运行。
4.一种低温核供热堆机组的中间回路流量控制装置，包括：
获取单元，被配置为获取所述低温核供热堆机组的运行模式、堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值；以及
确定单元，被配置为根据所述运行模式，基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值和/或所述主蒸汽压力的设定值和测量值，确定中间回路流量设定值，以根据所述中间回路流量设定值，控制中间回路泵转速；
其中，所述低 温核供热堆机组的运行模式包括：带基本负荷运行模式、负荷跟踪运行模式和协调运行模式；
当所述获取单元被配置为根据所述低温核供热堆机组的带基本负荷运行模式，获取所述低温核供热堆机组的所述堆芯出口温度的设定值和测量值，所述确定单元被配置为根据确定所述堆芯出口温度的设定值和测量值确定堆芯出口温度偏差，并根据预定控制算法，基于所述堆芯出口温度偏差，确定所述中间回路流量设定值；或者
当所述获取单元被配置为根据所述低温核供热堆机组的负荷跟踪运行模式，获取所述低温核供热堆机组的所述主蒸汽压力的设定值和测量值，所述确定单元被配置为根据所述主蒸汽压力的设定值和测量值确定主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述主蒸汽压力偏差，确定所述中间回路流量设定值；
当所述获取单元被配置为根据所述低温核供热堆机组的协调运行模式，获取所述低温核供热堆机组的堆芯出口温度的设定值和测量值以及主蒸汽压力的设定值和测量值，以确定堆芯出口温度偏差和主蒸汽压力偏差，并根据预定控制算法，基于所述堆芯出口温度偏差和所述主蒸汽压力偏差，确定所述中间回路流量设定值。
5.根据权利要求4所述的中间回路流量控制装置，其中，所述预定控制算法为比例微分积分控制算法。
6.根据权利要求4或5所述的中间回路流量控制装置，还包括：
监测单元，被配置为监测所述堆芯出口温度的测量值或所述主蒸汽压力的测量值，以判断所述低温核供热堆机组的运行是否发生故障；以及
切换单元，被配置为当所述低温核供热堆机组的运行发生故障时，将基于所述堆芯出口温度的设定值和测量值或主蒸汽压力的设定值和测量值确定中间回路流量设定值的自动运行切换至手动运行，以由操作员提供所述中间回路流量设定值；当所述故障解除时，由所述手动运行切换至所述自动运行。
7.一种用于低温核供热堆机组的控制系统，包括：反应堆功率控制装置、主蒸汽流量控制装置、汽轮机功率控制装置以及根据权利要求4-6中任一项所述的中间回路流量控制装置。
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