CN109597328A - 调频与自动发电控制方法、装置以及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多模块核电站的调频与自动控制方法、控制装置以及用于多模块核电站的控制系统。该调频与自动发电控制方法，包括以下步骤：获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及根据所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量、所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站。

Description

调频与自动发电控制方法、装置以及控制系统

技术领域

本发明涉及核电机组技术领域，尤其涉及用于多模块核电站的调频与自动控制方法、控制装置以及用于多模块核电站的控制系统。

背景技术

众所周知，电力系统的频率是衡量电能质量的重要指标之一，其反映了发电有功功率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数。当并网机组总的输出功率与并网负荷消耗的功率不匹配时，电网的频率将会产生波动，这时需要部分机组调节输出的电功率来平衡。

核电站的调频控制可以包括一次调频控制和自动发电控制。一次调频的作用主要是在频率发生波动的前期快速抑制频率变化，减小其稳态误差。目前关于核电站的一次调频方法研究基本是围绕单模块压水堆电站展开的，具体方法为通过控制主蒸汽调阀开度来实现一次调频功能。然而，对于多模块核电站，其蒸汽发生器热容较小，内部几乎不蓄热，并且主蒸汽调阀还需要用于稳定主蒸汽压力，因此传统单模块压水堆核电站的一次调频方法不能直接适用于多模块核电站。

由于发电机组的一次调频是有差调节，仅靠一次调频无法使系统恢复至额定频率下运行，因此，还进一步提供自动发电控制以保障系统的稳定运行。目前，传统压水堆核电站和火电站的自动发电控制控制采用的方法是，根据实际系统的频率偏差和区域联络线功率偏差信号，对电站功率设定值进行调整，从而使整个系统的频率和联络线功率恢复至控制要求下运行。然而，对于多模块核电站而言，在已知电站功率设定值的情况下，还需要对各个模块的功率设定值进行分配；此外，在提高系统稳定性方面，仅依靠频率偏差和联络线功率偏差进行的自动发电控制还有进一步提升空间。

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，本发明提供一种多模块核电站的调频与自动发电控制方法，包括以下步骤：获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及根据所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和所述主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量、所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站。

根据本发明的一个方面，提供一种用于多模块核电站的调频与自动发电控制装置，包括：获取单元，被配置为获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及确定单元，被配置为根据所述频率、所述联络线功率、所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和所述主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量以及所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站。

根据本发明的一个方面，还提供一种用于多模块核电站的控制系统，包括：反应堆功率控制装置、给水控制装置、主蒸汽控制装置以及如上所述的调频与自动发电控制装置。

根据本发明的用于多模块核电站的调频与自动控制方法、控制装置以及用于多模块核电站的控制系统既能保证电站自身运行的安全可靠性，同时起到稳定电网的作用。

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示出了根据本发明一个实施例的用于多模块核电站的调频与自动发电控制方法的示意性流程图；

图2示出了根据本发明实施例的调频与自动发电控制方法的一个具体实施例的示意性流程图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的调频与自动控制方法的一种示例性处理。

图4示出根据本发明的一个实施例的调频与自动控制方法的另一种示例性处理。

图5示出了根据本发明的用于多模块核电站的调频与自动发电控制装置的一种示例性结构。

图6示出根据本发明的调频与自动发电控制装置、选择通过调节模块给水流量设定值实现一次调频控制的示例性控制工程组态图。

图7示出根据本发明的调频与自动发电控制装置、选择通过调节主蒸汽定值实现一次调频控制的示例性控制工程组态图。

图8为根据本发明的调频与自动发电控制装置实现自动发电控制的示例性控制工程组态图。

图9为HTR-PM电站的工艺流程及控制系统示意图。

图10为示出在没有任何控制、只有一次调频控制(PFC)、以及一次调频控制和自动发电控制(PFC+AGC)一起使用这三种情况下HTR-PM电站主要参数的仿真动态特性曲线。

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。

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模块核电站的调频与自动发电控制方法。

如图1所示，在步骤S11，获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及在步骤S12，根据所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和所述主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量、所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站接收电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值。

在本发明中，可以将以下参数中的至少一个作为调频参数：核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量，从而可以基于上述调频参数至少其中之一的调整来控制多模块核电站的调频。其中，核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值两者可以一起作为自动发电控制下的调频参数，核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量可以分别作为一次调频控制下的调频参数。

此外，本领域技术人员可以理解，根据本发明的给水流量设定值修正量以及主蒸汽压力定值修正量可以是增加量或者减少量。

根据本发明，核蒸汽供应模块的给水流量设定值与其热功率设定值相关。可以根据核蒸汽供应模块的热功率设定值来确定多模块核电站的给水流量的设定值，并基于给水流量设定值修正量，对多模块核电站进行一次调频。

当电站运行模式为定压运行时，主蒸汽压力定值是唯一恒定常数，其可以由操作员根据系统运行要求而事先给定。当电站运行模式为滑压运行时，主蒸汽压力定值与多模块核电站的热功率设定值、即各个模块热功率设定值之和相关，即其可以通过多模块核电站的热功率设定值计算得到。

根据本发明的用于多模块核电站的调频与自动发电控制方法包括一次调频控制和自动发电控制，其能够实现对电网的一次调频控制和/或自动控制发电(也称为二次调频)。其中，一次调频控制通过调节核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正或主蒸汽压力定值修正量，减小频率偏差并快速达到稳定状态，自动发电控制通过调节核蒸汽供应模块的热功率设定值，实现稳定频率，联络线功率和相角，并至少使其中一个变量恢复至设定值运行下。

根据本发明的一个实施例，在步骤S11，频率、联络线功率和相角的测量值可以从电网处实时获取，其根据电网运行而随时变化。电网处对于频率、联络线功率和相角的具体测量方式是本领域公知的，在此不再赘述。根据本发明的频率测量值，联络线功率测量值和相角测量值可以是模拟量或是数字量。

频率、联络线功率和相角的设定值可以根据电网的运行要求来确定。

根据本发明，可以基于频率、联络线功率、相角中至少一个的设定值和测量值，来确定多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量以及主蒸汽压力定值修正量至少其中之一。

根据本发明，可以获取电网的频率、联络线功率和相角三者的测量值和设定值，以基于其确定调频参数。

图2示出了根据本发明实施例的用于多模块核电站的调频与自动发电控制方法的一个具体实施例的示意性流程图。

如图2所示，在步骤S21,获取电网的频率、联络线功率和相角三者的测量值和设定值；在步骤S221，根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，计算出所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量以及主蒸汽压力定值修正量至少其中之一；以及在步骤S222，根据所述多模块核电站的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量，为所述多模块核电站的多个核蒸汽供应模块中每一个分配热功率设定值和/或给水流量设定值修正量。

步骤S21与图1的步骤S11的操作相同，在此不再对其操作进行赘述。

在图2示出的实施例中，步骤S221和步骤S222为图1中步骤S12用于确定至少一个调频参数的设定值的一种示例性实现方式。即，以热功率设定值和/或给水流量设定值修正量作为调频参数的情况下，可以通过确定多模块核电站的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量，并针对多个核蒸汽供应模块将多模块核电站的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量进行分配，从而确定每个核蒸汽供应模块的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量。

下面分别针对一次调频控制和自动发电控制的实施例进行详细描述。

【一次调频控制】

图3示出根据本发明的一个实施例的调频与自动控制方法的一种示例性处理。

如图3所示，在步骤S31，接收电网的频率的测量值和设定值；

在步骤S32，根据所述频率的所述设定值和所述测量值，通过一次调频控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量或主蒸汽压力定值修正量，以基于所述核给水流量设定值修正量或所述主蒸汽压力定值修正量对所述多模块核电站进行一次调频控制。

上述步骤S31的处理与上述结合图1描述的步骤S11的处理类似，在此不再赘述。

在步骤S32，可以根据实际需要，选择核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量或者主蒸汽压力定值修正量作为调频参数。

根据本发明的一个实施例，可以选择给水流量设定值修正量作为根据本发明的调频参数。

在此情况下，在步骤S32，可以根据所述频率的所述设定值和所述测量值确定频率偏差，并基于频率偏差，根据一次调频控制算法，确定多模块核电站的给水流量设定值修正量。

根据本发明的一次调频控制算法例如可以是比例反馈控制算法。例如，可以基于频率偏差与给水流量设定值偏差之间的比例关系，来确定多模块核电站的给水流量设定值修正量。

在确定了多模块核电站的给水流量设定值修正量之后，在步骤S32，可以基于多模块核电站的给水流量设定值修正量为每个核蒸汽供应模块分配给水流量设定值修正量。

根据预定分配算法，可以选择所述多个核蒸汽供应模块至少其中之一作为一次调频模块，并且将除所述一次调频模块之外的其余核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量设置为0，将所述电站的给水流量设定值修正量作为所述一次调频模块的给水流量设定值修正量。

然而本发明不限于此，也可以选择其他的分配算法。例如，可以选择将所有核蒸汽供应模块作为一次调频模块，而将电站的给水流量设定值修正量平均分配给多模块核电站的分配算法。或者，还可以以可靠性、经济性等为目标建立优化目标函数确定相应的分配算法。

被选择作为一次调频模块的核蒸汽供应模块参与一次调频控制，而其他核蒸汽供应模块保持带基本负荷运行，即保持原给水流量设定值不变。

根据本发明的另一个实施例，可以选择主蒸汽压力定值修正量作为根据本发明的调频参数。

在此情况下，在步骤S32，可以根据频率的设定值和测量值，通过一次调频控制算法，确定所述多模块核电站的主蒸汽压力定值修正量，以基于所述主蒸汽压力定值修正量对所述多模块核电站进行一次调频控制。

根据本发明的一个实施例，一次调频控制算法可以是比例(P)反馈控制算法。例如，可以基于频率偏差与主蒸汽压力定值修正量之间的比例关系，来确定多模块核电站的主蒸汽压力定值修正量，从而根据主蒸汽压力定值修正量对主汽调阀的开度进行调整。

根据本发明的调频与自动发电控制方法，由于多模块核电站的主汽调阀用于稳定主蒸汽压力，因此不采用直接调节主汽调阀的开度来实现一次调频控制，而通过改变主蒸汽压力定值，来改变主汽调阀的开度，既能实现一次调频控制，又能保持主蒸汽压力的稳定。

以上分别示出了以核蒸汽供应模块的给水流量修正量和主蒸汽压力定值修正量作为调频参数对多模块核电站进行的一次调频控制。本领域技术人员可以理解，在实际应用中，可以根据实际应用环境和/或实际需要而选择给水流量和主蒸汽压力之一作为调频参数。

【自动发电控制方法】

图4示出根据本发明的一个实施例的调频与自动控制方法的另一种示例性处理。

如图4所示，在步骤41，接收电网的频率、联络线功率和相角的测量值和设定值；

在步骤S42，根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定自动发电控制算法，确定所述多模块核电站的热功率设定值，以基于通过所述多模块核电站的热功率设定值而确定的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值对所述多模块核电站进行自动发电控制。

上述步骤S41的处理与上述结合图1描述的步骤S11的处理也类似，在此不再赘述。

根据本发明的一个实施例，在步骤S42，可以根据频率、联络线功率以及相角的设定值和测量值分别计算频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差，并根据频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差，通过自动发电控制算法，确定多模块核电站的热功率设定值。

例如，可以将频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差进行组合运算，作为自动发电控制算法的输入。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，可以对频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差进行加权求和，各参数的权重可以根据实际需求来任意设定。

根据本发明的自动发电控制算法可以选取工程上易于实现的比例积分(Proportion Integral，PI)控制算法：

其中，e为PI自动发电控制算法的输入信号，即频率偏差、联络线功率偏差、和相角偏差的组合运算结果，u为自动发电控制算法的输出信号，即多模块核电站的热功率设定值，K_P、K_I分别为比例系数和积分系数。

除了比例积分控制算法之外，还可以根据实际控制要求选择其他控制算法作为本发明的自动发电控制算法，例如，比例积分微分(PID)算法、最优二次控制算法、非线性控制算法、智能控制算法等。

在确定了多模块核电站的热功率设定值之后，在步骤S43，可以根据所述多模块核电站的热功率设定值，为所述多模块核电站的多个核蒸汽供应模块中每一个分配热功率设定值。

根据本发明的一个实施例，根据预定分配算法，例如可以将选择所述多个核蒸汽供应模块至少其中之一作为自动发电控制模块，并且使除所述自动发电控制模块之外的其余核蒸汽供应模块的热功率保持不变，且根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述自动发电控制模块的热功率设定值。

然而本发明不限于此，也可以选择其他的分配算法。例如，可以将所确定的多模块核电站热功率设定值平均分配到各个模块中，即选取所有模块共同参与自动发电控制。或者还可以根据可靠性或经济性等为目标，建立优化目标函数，确定相应的分配算法来选取参与自动发电控制的自动发电控制模块。

根据本发明的一个实施例，被选择作为自动发电控制模块的核蒸汽供应模块参与自动发电控制，其热功率设定值通常为非满功率；不参与自动发电控制的核蒸汽供应模块，其热功率设定值例如可以保持满功率运行，即保持带基本负荷运行。

此外，除了输出各个模块的热功率设定值之外，还可以根据电站的热功率设定值计算输出主蒸汽压力定值。当电站运行模式为定压运行时，主蒸汽压力定值是唯一恒定常数，当电站运行模式为滑压运行时，主蒸汽压力定值与电站热功率设定值，即各个模块热功率设定值之和相关，具体可由电站热功率设定值计算得到。各个模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值可以为模拟量或通信量。

在步骤S42确定了多模块核电站的各个核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值之后，可以将各个核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值下发到各个核蒸汽供应模块的控制系统，以便其基于热功率设定值和主蒸汽压力定值对多模块核电站进行自动发电控制。

此外，在本发明中，各个核蒸汽供应模块的给水流量设定值还可以根据上述确定的各个模块的热功率设定值来计算。

根据本发明的调频与自动发电控制方法还包括：所述多模块核电站进行自动发电控制，以使所述频率、所述联络线功率和所述相角的所述设定值与测量值之间的频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差至少其中之一为零。通过自动发电控制，使得频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差至少其中之一为零，从而实现电网的稳定。

以上分别描述了根据本发明的调频与自动发电控制方法用于进行一次调频控制和自动发电控制时为多模块核电站确定调频参数设定值的实施例，但是本领域技术人员可以理解，也可以将根据本发明的一次调频控制与自动发电控制相结合，以实现对多模块核电站调频的自动控制。

根据本发明的调频与自动发电控制方法还包括：监测所述电网的频率、联络线功率、相角的测量值，以判断所述电网的运行是否发生故障；当所述电网的运行发生故障时，从基于所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值确定所述核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一的自动运行切换至手动运行，以基于操作员提供所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量以及主蒸汽压力定值修正量至少其中之一确定所述核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量以及主蒸汽压力定值修正量至少其中之一；以及当所述故障解除时，从所述手动运行切换回所述自动运行。

根据本发明的一个实施例，当发生异常状况时，例如传感器故障未能接收到频率信号时，可以判断电网的运行发生故障。在此情况下，可以输出自动/手动切换条件信号，从而切除一次调频控制/自动发电控制，切换为手动模式，由操作员给出多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量以及主蒸汽压力定值修正量至少其中之一。对于基于给水流量设定值修正量进行的一次调频控制和基于热功率设定值进行的自动发电控制，在手动运行时，通过例如以上描述的分配算法，将操作员给出的多模块核电站的给水流量设定值修正量和热功率设定值分配给各个核蒸汽供应模块，从而基于各个核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量和热功率设定值手动运行多模块核电站。

在故障消除，从而达到自动运行要求时，输出手动-自动切换信号，从而将上述手动运行切换至自动运行。

根据本发明，还提供一种用于多模块核电站的调频与自动发电控制装置。图5示出了根据本发明的用于多模块核电站的调频与自动发电控制装置的一种示例性结构。

如图5所示，根据本发明的调频与自动发电控制装置5包括：获取单元51，被配置为获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及确定单元52，被配置为根据所述频率、所述联络线功率、所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量、所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站。

根据本发明的一个实施例，确定单元52可以包括：计算子单元，被配置为根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，计算出所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一；以及分配子单元，被配置为根据所述多模块核电站的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量，为所述多模块核电站的多个核蒸汽供应模块中每一个分配热功率设定值和/或给水流量设定值修正量。

根据本发明的一个实施例，所述计算子单元可以被配置为根据所述频率的所述设定值和所述测量值，通过一次调频控制算法，确定各个所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量或主蒸汽压力定值修正量，以基于所述核给水流量设定值修正量或所述主蒸汽压力定值修正量对所述多模块核电站进行一次调频控制；其中，所述一次调频控制算法优选采用比例(P)反馈控制算法。

根据本发明的一个实施例，所述计算子单元可以被配置为根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定自动发电控制算法，确定各个所述核蒸汽供应模块的热功率设定值，以基于通过所述多模块核电站的热功率设定值而确定的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值对多模块核电站进行自动发电控制。根据本发明的一个实施例，所述调频与自动发电控制装置还可以包括：自动发电控制单元，被配置为对所述多模块核电站进行自动发电控制，以使所述频率、所述联络线功率和所述相角的所述设定值与测量值之间的频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差至少其中之一为零。根据本发明的一个实施例，所述自动发电控制算法优选采用比例积分微分(PID)算法。

根据本发明的一个实施例，分配子单元可以被配置为根据所述预定分配算法，选择所述多个核蒸汽供应模块之一作为一次调频模块，并且将除所述一次调频模块之外的其余核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量设置为0，将所述电站的给水流量设定值修正量作为所述一次调频模块的给水流量设定值修正量，以通过调节所述一次调频模块的给水流量设定值对所述多模块核电站进行一次调频控制。根据本发明的另一个实施例，分配子单元可以被配置为根据所述预定分配算法，选择所述多个核蒸汽供应模块之一作为自动发电控制模块，并且使除所述自动发电控制模块之外的其余核蒸汽供应模块的热功率保持不变，且根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述自动发电控制模块的热功率设定值。根据本发明的一个实施例，所述分配子单元还被配置为根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述多模块核电站的主蒸汽压力定值。

根据本发明的一个实施例，调频与自动发电控制装置还包括：监测单元，被配置为监测所述电网的频率、联络线功率、相角的测量值，以判断所述电网的运行是否发生故障；以及切换单元，被配置为当所述电网的运行发生故障时，从基于所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值确定所述核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一的自动运行切换至手动运行，以基于操作员提供所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一确定所述核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，并且当所述故障解除时，从所述手动运行切换回所述自动运行。

根据本发明的上述接收单元、获取单元、确定单元、监控单元、切换单元以及确定单元包括的计算子单元和分配子单元的操作可以参照例如上述结合图1至图4描述的接收步骤、获取步骤、确定步骤、监控步骤、切换步骤以及包括在确定步骤中的计算步骤和分配步骤的操作，在此省略对它的详细的描述。

根据本发明，还提供一种用于多模块核电站的控制系统，包括：反应堆功率控制装置、给水控制装置、主蒸汽控制装置以及如上所述根据本发明实施例的调频与自动发电控制装置。

根据本发明控制系统中的反应堆功率控制装置、给水控制装置、主蒸汽控制装置可以是本领域公知的用于核电站的反应堆功率控制装置、给水控制装置、主蒸汽控制装置，其具体配置和控制方式在此不再赘述。

图6示出根据本发明的调频与自动发电控制方法、选择通过调节模块给水流量设定值实现一次调频控制的示例性控制工程组态图。

在一次调频控制进行时，从电网处获得频率测量值201，与频率设定值101比较后得到频率偏差301。

频率偏差301经执行控制算法的控制器502调整输出，经过限幅器503后，输出电站给水流量设定值的修正量302，一次调频控制的作用为减小频率静态偏差，并使其快速达到稳定状态，采用的控制器为比例控制器。

分配器504接受电站给水流量设定值的修正量信号302，输出1#模块至N#模块的给水流量设定值修正量，其中，N表示电站的模块数量，分配器可以根据需求选取不同的分配算法，例如将电站给水流量设定值修正量全部分配给1#模块，其余模块保持原有的给水流量设定值，或将电站给水流量设定值修正量平均分配到所有模块，还可以可靠性，经济性等为目标，建立优化目标函数，确定相应的分配算法；接受给水流量修正的模块参与到一次调频控制中，未接受给水流量修正的模块则保持带基本负荷运行；

投入信号401，故障信号402，经过逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出自动/手动切换的条件信号403，其中，投入信号401，故障信号402和条件信号403均为开关量；

当电站启动或没有异常情况时，达到自动运行的要求，投入信号401为非零，故障信号402为零，经逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出的自动/手动切换条件信号403为非零，该信号输入控制系统中，一次调频控制投入运行，处于自动控制模式，同时输出已投入信号。

当发生异常状况时，如传感器故障导致未能接受到频率信号，故障诊断功能判断系统处于非正常运行状态等，此时发出切除一次调频控制信号402为非零，与投入信号401一起经过逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出的自动/手动切换条件信号为零，一次调频控制切除，切换为手动模式，操作员给出电站的给水流量设定值修正量104，同时输出已切除信号。

当选择通过调节主蒸汽定值修正量实现一次调频控制时，控制工程组态图如图7所示。

一次调频控制系统投入运行时，从电网处获得频率测量值201，与频率设定值101比较后得到频率偏差301；

频率偏差301经执行控制算法的控制器502调整输出，经过限幅器503后，输出主蒸汽压力定值修正量302，一次调频控制的作用为减小频率静态偏差，并使其快速达到稳定状态，采用的控制器为比例控制器；

由于多模块核电站的主汽调阀用于稳定主蒸汽压力，因此不采用直接调节主汽调阀的开度来实现一次调频控制，而通过改变主蒸汽压力定值，来改变主汽调阀的开度，既能实现一次调频控制，又能保持主蒸汽压力的稳定；

投入信号401，故障信号402，经过逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出自动/手动切换的条件信号403，其中，投入信号401，故障信号402和条件信号403均为开关量；

当电站启动或没有异常情况时，达到自动运行的要求，投入信号401为非零，故障信号402为零，经逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出的自动/手动切换条件信号403为非零，该信号输入控制系统中，一次调频控制投入运行，处于自动控制模式，同时输出已投入信号。

当发生异常状况时，如传感器故障导致未能接受到频率信号，故障诊断功能判断系统处于非正常运行状态等，此时发出切除一次调频控制信号402为非零，与投入信号401一起经过逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出的自动/手动切换条件信号为零，一次调频控制切除，切换为手动模式，操作员给出主蒸汽压力定值修正量104，同时输出已切除信号。

图8为自动发电控制系统的工程组态图，如图所示，调频与自动发电控制装置投入运行时，从电网处获得频率测量值201，联络线功率测量值202和相角测量值203，分别与频率设定值101、联络线功率设定值102，相角设定值103比较后得到频率偏差301、联络线功率偏差302、相角偏差303。其中，频率测量值201，联络线功率测量值202和相角测量值203可以是模拟量或是通信量。

频率偏差301、联络线功率偏差302、相角偏差303经过组合运算502后，得到控制器的输入信号304。组合运算502可以是线性运算或非线性运算，最常见的运算组合为对三者进行加权求和；

输入信号304经执行控制算法的控制器503调整输出值，经过限幅器504后，输出电站热功率设定值305，其中，控制器的算法可以选取工程上易于实现的比例积分控制算法，即

其中，e为PI控制器的输入信号，即频率偏差301、联络线功率偏差302和相角偏差303的组合运算结果，u为PI控制器的输出信号，即电站的热功率设定值，Kp，KI分别为PI控制器的比例系数和积分系数。

也可以根据控制要求选择其他控制算法，如最优二次控制，非线性控制算法等，只要经过调整能够使得频率偏差301、联络线功率偏差302和相角偏差303中至少一个偏差为零，以实现稳定电网的功能。

分配器505接受电站热功率设定值信号305，响应于自动发电控制系统的输出指令，根据分配算法将电站热功率设定值分配到各个模块中，并且输出1#模块至N#模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值，其中，N表示电站的模块数量，分配器的分配算法可以根据不同的需求进行适当选取，例如，将除1#模块以外的其余模块均设为满功率运行，剩余热功率分配到1#模块，即直接选取1#模块作为参与自动发电控制的模块；或将电站热功率设定值平均分配到各个模块中，即选取所有模块共同参与自动发电控制；还可以根据可靠性或经济性等位目标，建立优化目标函数，确定相应的分配算法来选取参与自动发电控制的模块。参与自动发电控制的模块，其热功率设定值通常为非满功率，不参与自动发电控制的模块，其热功率设定值通常为满功率，即保持带基本负荷运行；

分配器除了输出各个模块的热功率设定之外，还根据电站的热功率设定值计算输出主蒸汽压力定值。主蒸汽压力定值根据电站的运行情况而定，当电站为定压运行时，主蒸汽压力为恒定常值，当电站为滑压运行时，主蒸汽压力与电站热功率设定值，即所有模块的热功率设定值之和相关，具体数值由电站热功率设定值计算得到。

各个模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值可以为模拟量或通信量。

投入信号401、故障信号402经过逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出自动/手动切换的条件信号403，其中，投入信号401、故障信号402和条件信号403可以为开关量或通信量；

当电站启动或没有异常情况时，达到自动运行的要求，投入信号401为非零，故障信号402为零，经逻辑运算非(NOT)和与(AND)D后，输出的自动/手动切换条件信号403为非零，该信号输入控制系统中，自动发电控制投入运行，处于自动控制模式，同时输出已投入信号。

当发生异常状况时，如传感器故障导致未能接受到频率信号，故障诊断功能判断系统处于非正常运行状态等，此时发出切除自动发电控制信号402为非零，与投入信号401一起经过逻辑运算非(NOT)和与(AND)后，输出的自动/手动切换条件信号为零，自动发电控制切除，切换为手动模式，接受操作员给出的电站热功率设定值104，同时输出已切除信号。

下面将具体说明本发明的调频与自动发电控制方法和装置在球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)示范电站中的应用，其中，以选择利用调节模块给水流量设定值来实现电站的一次调频控制为例；一次调频控制器算法采用比例控制算法，一次调频控制的分配算法采用将电站给水流量设定值修正量全部分配给1#模块，使其参与一次调频控制，2#模块给水流量设定值修正量为零，保持带基本负荷运行(在此以电站包括两个核蒸汽供应模块1#模块和2#模块为例)；自动发电控制采用工程上常用的比例积分控制算法，自动发电分配方案采用改变1#模块热功率设定值，使其参与自动发电控制，2#模块热功率设定值恒定，不参与自动发电控制，保持带基本负荷运行。

图9为HTR-PM电站的工艺流程及控制系统示意图，如图所示，HTR-PM电站包括模块式高温气冷堆(MHTGR)、直通式蒸汽发生器(OTSG)、主氦风机、汽轮机、凝汽器、凝水泵、轴封加热器(轴加)、低压加热器(低加)、除氧器、给水泵、高压加热器(高加)、同步电机等设备以及反应堆功率控制、氦气温度控制、蒸汽温度控制、氦气流量控制、给水流量控制、主蒸汽压力控制、自动发电控制、一次调频控制等控制系统。其中，MHTGR、OTSG、主氦风机、给水泵、高加组成一套核蒸汽供应系统(NSSS)、汽轮机、同步电机、凝汽器、凝水泵、轴加、低加、除氧器等设备组成了一套汽轮发电机组，HTR-PM电站由两套相同的NSSS和一套汽轮发电机组构成。氦气温度控制、蒸汽温度控制、氦气流量控制和给水流量控制构成了NSSS模块的控制系统，每个NSSS模块都具有相同结构的控制系统。

HTR-PM并网运行时，从电网处测量得到的频率信号和相角信号传输至HTR-PM的自动发电控制系统中，频率和相角的实时测量值信号分别与频率设定值和相角设定值进行比较，得到频率偏差和相角偏差。

将频率偏差和相角偏差组合作为自动发电控制器的输入信号，在本实施例中，自动发电控制器选取工程上易于实现且常用的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，K_I为PI控制器的比例系数和积分系数。这里选取K_p＝50，K_I＝1，e为频率偏差、、联络线功率偏差和相角偏差的加权和，本实施例中选取相角权值为0，u电站热功率设定值。

频率偏差、联络线功率偏差和相角偏差组合后经过自动发电控制器，输出HTR-PM电站热功率设定值。

HTR-PM电站热功率设定值作为功率分配器的输入，本实施例所采用的分配方案为当1#模块处于50％到100％的功率运行水平时，使其投入自动发电控制，2#模块保持带基本负荷运行。

功率分配器根据电站的热功率设定值输出各个模块的热功率设定值，HTR-PM电站为定压运行，因此主蒸汽压力定值为一常数，具体值例如为13.24MPa。

同时，频率偏差作为一次调频控制器的输入，经控制器计算输出电站给水流量设定值修正量。

电站给水流量设定值修正量作为一次调频分配器的输入，本实施例采用的一次调频分配方案为将给水流量修正量全部分配给1#模块。

一次调频分配器输出各个模块的给水流量设定值修正量，其中1#模块给水流量设定值修正量不为0，2#模块给水流量设定值修正量为0。

根据1#模块的热功率设定值可以通过热工计算得到1#模块的核功率设定值、氦气温度设定值、氦气流量设定值、给水流量设定值和出口蒸汽设定值。

在MHTGR中测量得到相对核功率，与核功率设定值进行比较后，得到相对核功率偏差，相对核功率偏差经过核功率控制器后输出控制棒移动信号，实现对相对核功率的调节。

在OTSG的出口处测量得到蒸汽温度的实际值，与蒸汽温度设定值比较，得到蒸汽温度的偏差，蒸汽温度偏差经过蒸汽温度控制器得到给水流量设定值修正量，与一次调频控制系统输出的给水流量设定值修正量和由模块热功率设定值决定的给水流量设定值相加，得到修正后实际的给水流量设定值。

在MTHGR出口处测量得到氦气温度的实际值，与氦气温度设定值进行比较，得到氦气温度的偏差，氦气温度偏差和蒸汽温度偏差作为氦气温度控制器的输入吗，经控制器计算后输出氦气流量设定值修正量，与由模块热功率设定值决定的氦气流量设定值相加，得到修正后实际的氦气流量设定值。

在高压加热器出口测量得到给水流量的实际值，与修正后的给水流量设定值比较，得到给水流量的偏差，给水流量偏差经过给水流量控制器，输出给水泵转速的驱动信号，进而实现对给水流量的控制。

2#模块的控制过程与1#模块相同。

主蒸汽管道出口处测量得到主蒸汽压力的实际值，主蒸汽压力的实际值与主蒸汽压力定值进行比较，得到主蒸汽压力的偏差，主蒸汽压力偏差经过主蒸汽压力控制器输出主汽调阀的开度，进而实现对主蒸汽压力的控制。

对上述HTR-PM电站在MATLAB中进行仿真实验，选取试验工况为在第5000s时，负荷的有功功率和无功功率分别阶跃降低5％，比较在没有任何控制，只有一次调频控制(PFC)，一次调频控制和自动发电控制(PFC+AGC)共同作用这三种情况下HTR-PM电站主要参数的动态特性，曲线如图10所示。从这些主要参数的动态特性曲线可以看出，将本专利提出的调频与自动发电控制方法应用于HTR-PM电站，在负荷发生波动的情况下，可以较好地实现控制，使电站和电网运行在控制要求下。

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。

根据本发明的用于多模块核电站的调频与自动发电控制方法、装置以及控制系统可以实现电网负荷变化时，通过多模块核电站参与电网调频，既能保证电站自身运行的安全可靠性，同时起到稳定电网的作用。

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 (12)

1.一种多模块核电站的调频与自动发电控制方法，包括以下步骤：

获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及

根据所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和所述主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量、所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站。

2.根据权利要求1所述的调频与自动发电控制方法，其中，所述接收步骤包括接收电网的频率、联络线功率和相角的测量值，所述获取步骤包括获取所述频率、所述联络线功率和所述相角的设定值，

所述确定步骤包括：

根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，计算出所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一；以及

根据所述多模块核电站的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量，为所述多模块核电站的多个核蒸汽供应模块中每一个分配热功率设定值和/或给水流量设定值修正量。

3.根据权利要求2所述的调频与自动发电控制方法，其中，所述计算步骤包括：根据所述频率的所述设定值和所述测量值，通过一次调频控制算法，确定所述多模块核电站的给水流量设定值修正量或主蒸汽压力定值修正量，以基于所述核给水流量设定值修正量或所述主蒸汽压力定值修正量对所述多模块核电站进行一次调频控制；

其中，所述一次调频控制算法优选采用比例反馈控制算法。

4.根据权利要求2或3所述的调频与自动发电控制方法，其中，所述计算步骤包括：根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定自动发电控制算法，确定所述多模块核电站的热功率设定值，以基于通过所述多模块核电站的热功率设定值而确定的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值对所述多模块核电站进行自动发电控制；

所述调频与自动发电控制方法优选还包括：对所述多模块核电站进行自动发电控制，以使所述频率、所述联络线功率和所述相角的所述设定值与测量值之间的频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差至少其中之一为零；

其中，所述自动发电控制算法优选采用比例积分微分算法。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的调频与自动发电控制方法，其中，所述分配步骤包括：

根据预定分配算法，选择所述多个核蒸汽供应模块至少其中之一作为一次调频模块，并且将除所述一次调频模块之外的其余核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量设置为0，且根据所述多模块核电站的给水流量设定值修正量确定所述一次调频模块的给水流量设定值修正量；或

根据预定分配算法，选择所述多个核蒸汽供应模块至少其中之一作为自动发电控制模块，并且使得除所述自动发电控制模块之外的其余核蒸汽供应模块的热功率保持不变，且根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述自动发电控制模块的热功率设定值，其中，所述调频与自动发电控制方法还包括：根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述多模块核电站的主蒸汽压力定值。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的调频与自动发电控制方法，还包括：

监测所述电网的频率、联络线功率、相角的测量值，以判断所述电网的运行是否发生故障；

当所述电网的运行发生故障时，从基于所述频率、所述联络线功率、所述相角中所述至少一个的所述设定值和所述测量值确定所述核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一的自动运行切换至手动运行，以基于操作员提供所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一确定所述核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一；以及

当所述故障解除时，从所述手动运行切换回所述自动运行。

7.一种用于多模块核电站的调频与自动发电控制装置，包括：

获取单元，被配置为获取电网的频率、联络线功率和相角中至少一个的测量值和设定值；以及

确定单元，被配置为根据所述频率、所述联络线功率、所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定控制算法，确定所述多模块核电站的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值、核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一，以根据所确定的所述热功率设定值和所述主蒸汽压力定值、所述给水流量设定值修正量、所述主蒸汽压力定值修正量至少其中之一操作所述多模块核电站。

8.如权利要求7所述的调频与自动发电控制装置，其中，所述确定单元包括：

计算子单元，被配置为根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，计算出所述多模块核电站的热功率设定值、给水流量设定值修正量、主蒸汽压力定值修正量至少其中之一；以及

分配子单元，被配置为根据所述多模块核电站的热功率设定值和/或给水流量设定值修正量，为所述多模块核电站的多个核蒸汽供应模块中每一个分配热功率设定值和/或给水流量设定值修正量。

9.根据权利要求7或8所述的调频与自动发电控制装置，其中，所述计算子单元被配置为根据所述频率的所述设定值和所述测量值，通过一次调频控制算法，确定各个所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量或主蒸汽压力定值修正量，以基于所述核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量或所述主蒸汽压力定值修正量对所述多模块核电站进行一次调频控制；

其中，所述一次调频控制算法优选采用比例反馈控制算法。

10.根据权利要求9所述的调频与自动发电控制装置，其中，所述计算子单元被配置为根据所述频率、所述联络线功率以及所述相角的所述设定值和所述测量值，通过预定自动发电控制算法，确定所述多模块核电站的热功率设定值，以基于通过所述多模块核电站的热功率设定值而确定的核蒸汽供应模块的热功率设定值和主蒸汽压力定值对所述多模块核电站进行自动发电控制；

其中，所述调频与自动发电控制装置优选还包括：自动发电控制单元，被配置为对所述多模块核电站进行自动发电控制，以使所述频率、所述联络线功率和所述相角的所述设定值与测量值之间的频率偏差、联络线功率偏差以及相角偏差至少其中之一为零；

其中，所述自动发电控制算法优选采用比例积分微分算法。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的调频与自动发电控制装置，其中，所述分配子单元被配置为根据所述预定分配算法，选择所述多个核蒸汽供应模块至少其中之一作为一次调频模块，并且将除所述一次调频模块之外的其余核蒸汽供应模块的给水流量设定值修正量设置为0，且根据所述多模块核电站的给水流量设定值修正量确定所述一次调频模块的给水流量设定值修正量；或者

所述分配子单元被配置为根据所述预定分配算法，选择所述多个核蒸汽供应模块至少其中之一作为自动发电控制模块，并且使得除所述自动发电控制模块之外的其余核蒸汽供应模块的热功率保持不变，且根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述自动发电控制模块的热功率设定值，

其中，所述分配子单元还被配置为根据所述多模块核电站的热功率设定值确定所述多模块核电站的主蒸汽压力定值。

12.一种用于多模块核电站的控制系统，包括：反应堆功率控制装置、给水控制装置、主蒸汽控制装置以及根据权利要求7-11中任一项所述的调频与自动发电控制装置。