CN110289114A - 高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站 - Google Patents

高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站 Download PDF

Info

Publication number
CN110289114A
CN110289114A CN201910496176.3A CN201910496176A CN110289114A CN 110289114 A CN110289114 A CN 110289114A CN 201910496176 A CN201910496176 A CN 201910496176A CN 110289114 A CN110289114 A CN 110289114A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coolant
high temperature
power
cooled reactor
gas cooled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910496176.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110289114B (zh
Inventor
董哲
刘苗
李博文
姜頔
黄晓津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201910496176.3A priority Critical patent/CN110289114B/zh
Publication of CN110289114A publication Critical patent/CN110289114A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110289114B publication Critical patent/CN110289114B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/08—Regulation of any parameters in the plant
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/08—Regulation of any parameters in the plant
    • G21D3/12—Regulation of any parameters in the plant by adjustment of the reactor in response only to changes in engine demand
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

本发明提供了一种高温气冷堆的功率控制方法，包括：获取高温气冷堆的核功率设定值、核功率测量值和冷却剂温度测量值；根据所述的高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值；根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值；和根据所述的冷却剂流量设定值，控制冷却剂驱动装置的功率。

Description

高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站
技术领域
本发明属于核能科学与工程领域，具体来说，涉及一种调节氦气流量的高温气冷堆功率控制方法。
背景技术
反应堆功率控制是核电站控制系统中最重要的一部分。功率控制需要保证核功率以及一回路冷却剂温度的暂态特性和稳态特性满足反应堆安全、稳定、高效的运行要求。目前，国内外大量的学者对反应堆功率控制进行了研究。现阶段的反应堆功率控制都是采用调节控制棒棒位的方案进行实现的。具体的控制原理如图1所示。现有的核功率控制方案为串级控制，执行器为控制棒。控制回路外环为冷却剂温度控制，根据冷却剂的设定值和测量值确定核功率设定值，控制回路内环为核功率控制，根据核功率设定值和测量值确定控制棒棒速信号，驱动控制棒运动，进而实现反应堆功率控制。对于传统压水堆而言，冷却剂为一回路冷却水；对于高温气冷堆，冷却剂为一回路氦气。由于压水堆的一回路为恒定流量运行方式，因此只能采取上述原理的控制方案。
对于高温气冷堆而言，一回路的流量在不同的功率水平下并不相同，因此为变流量运行，一回路氦气流量通过改变氦气风机转速进行调节。一回路氦气流量变化时，会改变堆芯燃料元件和氦气之间的换热系数，使得两者之间的换热量发生变化，进而改变燃料元件的温度。由于高温气冷堆堆芯温度在全功率范围内具有反应性负反馈效应，因此氦气流量变化引起的燃料元件温度变化通过温度反应性负反馈改变中子通量，进而可以实现高温气冷堆功率控制。
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
针对现有技术缺陷中的至少一个，本发明提供一种可用于高温气冷堆的功率控制方法，包括：获取高温气冷堆的核功率设定值、核功率测量值和冷却剂温度测量值；根据所述的高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值；根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值；和根据所述的冷却剂流量设定值，控制冷却剂驱动装置的功率。
根据本发明的一个方面，其中所述冷却剂为氦气，所述冷却剂驱动装置为氦气风机，所述控制冷却剂驱动装置的功率的步骤包括：控制所述氦气风机的转速。
根据本发明的一个方面，所述高温气冷堆具有串级结构的控制回路，所述控制回路包括外环控制的主回路和内环控制的副回路。
根据本发明的一个方面，其中所述主回路根据高温气冷堆核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值。
根据本发明的一个方面，其中所述副回路根据冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值，实现冷却剂温度控制。
根据本发明的一个方面，其中所述主回路和副回路通过比例积分控制算法来进行控制。
根据本发明的一个方面，所述的高温气冷堆的功率控制方法还包括：检测高温气冷堆的核功率测量值和冷却剂温度测量值，以判断高温气冷堆的运行是否发生故障；当核功率测量值出现异常时，将基于核功率设定值和核功率测量值确定的冷却剂温度设定值的自动运行切换至手动运行；当冷却剂温度测量值出现异常时，将基于冷却剂温度设定值和测量值确定的冷却剂流量设定值的自动运行切换至手动运行；当上述异常解除时，手动运行切换至自动运行。
本发明还提供一种高温气冷堆的功率控制系统，包括：核功率控制器，可接收高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，并可根据所述高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值；冷却剂温度控制器，配置成可接收所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，并可根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值；和冷却剂驱动装置，配置成可以根据所述冷却剂流量设定值，以不同的功率向所述高温气冷堆供送冷却剂。
根据本发明的一个方面，其中所述冷却剂为氦气，所述冷却剂驱动装置为氦气风机，所述冷却剂驱动装置控制器配置成可控制所述氦气风机的转速。
根据本发明的一个方面，其中所述功率控制系统具有串级结构的控制回路，所述控制回路包括外环控制的主回路和内环控制的副回路。
根据本发明的一个方面，其中所述主回路根据高温气冷堆核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值，所述副回路根据冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值，实现冷却剂温度控制。
根据本发明的一个方面，其中所述主回路和副回路通过比例积分控制算法来进行控制。
根据本发明的一个方面，所述的高温气冷堆的功率控制系统还包括异常检测单元，所述异常检测单元配置成可检测高温气冷堆的核功率测量值和冷却剂温度测量值，以判断高温气冷堆的运行是否发生故障；当核功率测量值出现异常时，将基于核功率设定值和核功率测量值确定的冷却剂温度设定值的自动运行切换至手动运行；当冷却剂温度测量值出现异常时，将基于冷却剂温度设定值和测量值确定的冷却剂流量设定值的自动运行切换至手动运行；当上述异常解除时，手动运行切换至自动运行。
本发明还提供一种高温气冷堆核电站，包括：高温气冷堆；和如上所述的高温气冷堆功率控制系统，与所述高温气冷堆耦合并控制所述高温气冷堆的运行。
因此，针对现有的反应堆功率控制方法都是基于调节控制棒棒位的方案进行实现的，本专利提出了一种通过调节一回路氦气流量的方案，实现高温气冷堆功率控制。
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示出了传统反应堆功率控制的原理图；
图2示出了根据本发明一个实施例的高温气冷堆功率控制的原理图；
图3示出了根据本发明一个实施例提出的高温气冷堆功率控制方法的示意性流程图；
图4示出了根据本发明一个实施例的一种高温气冷堆的功率控制系统的示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例提出的高温气冷堆功率控制系统的功能示意图；
图6示出了根据本发明一个实施例提出的高温气冷堆功率控制系统的结构示意图；
图7示出了根据本发明一个实施例提出的高温气冷堆功率控制的一种示例性控制工程组态图；
图8示出了HTR-PM电站的工艺流程及控制系统示意图；和
图9示出了根据本发明一个实施例的仿真动态曲线。
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。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温气冷堆功率控制的方法。
图2给出了根据本发明一个优选实施例的控制方案的原理图。其中，高温气冷堆功率控制采用串级控制，执行器为氦气风机。控制回路外环为核功率控制，根据核功率设定值和测量值，经过核功率控制器计算得到氦气温度设定值；控制回路内环为氦气温度控制，根据氦气温度设定值和测量值，计算得到氦气流量设定值，氦气风机根据氦气流量设定值，调节相应的转速，氦气流量产生变化，改变堆芯燃料元件和氦气之间的换热系数，使得两者之间的换热量发生变化，进而改变燃料元件的温度，燃料元件温度变化通过温度反应性负反馈改变中子通量，进而实现高温堆功率控制。
本领域技术人员能够理解，氦气是反应堆的冷却剂的一个具体的或者优选的实施例。反应堆的冷却剂可以采用其它种类的流体或者气体，不限于氦气，这些都在本发明的保护范围内。
图3给出了本发明提出的高温气冷堆功率控制方法10的示意性流程图。下面参考图3详细描述。
如图3所示，在步骤S11，获取高温气冷堆的核功率设定值、核功率测量值和冷却剂温度测量值。
其中，高温气冷堆的核功率设定值可以由操作员直接给出，或是由高温气冷堆的上层控制系统给定。
在步骤S12，根据所述的高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值。
在步骤S12中，高温气冷堆的核功率设定值与核功率测量值比较，得到功率偏差。功率偏差作为预定的控制算法的输入信息。本领域技术人员能够理解，控制算法可以选取比例积分(Proportion Integral，PI)算法，也可以使用其他的控制算法，控制算法的目标例如是使得功率偏差为零或者小于偏差阈值。本领域技术人员在本发明的教导下，将知晓如何利用比例积分算法或其他控制算法来消除或者减小功率偏差，因此不再详细描述。
在步骤S13，根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值。
在步骤S13中，由S12得到的高温气冷堆冷却剂温度设定值和S11获取的冷却剂温度测量值比较，得到冷却剂温度偏差，作为S13中预定控制算法的输入信息，得到冷却剂流量设定值。控制算法同样可以选取PI算法或其他算法，只要保证氦气温度偏差为零或者小于偏差阈值即可。此处不再详细描述具体的计算方式。
在步骤S14，根据所述的冷却剂流量设定值，控制冷却剂驱动装置的功率。
在确定了冷却剂流量设定值之后，根据该冷却剂流量设定值，以一定的功率控制冷却剂驱动装置，改变冷却剂流量，改变堆芯燃料元件和冷却剂之间的换热系数，使得两者之间的换热量发生变化，进而改变燃料元件的温度，燃料元件温度变化通过温度反应性负反馈改变中子通量，进而实现高温堆功率控制。以氦气风机为例，一定的氦气流量设定值，对应于一定的氦气风机的功率和/或转速。因此通过控制氦气风机的功率或转速，就可以控制冷却剂的流量。
本领域技术人员能够理解，在步骤S11，S12、S13和S14中的核功率设定值，核功率测量值，氦气温度设定值和测量值以及氦气流量设定值可以是模拟量或通信量。
如之前所述的，根据本发明的一个优选实施例，采用氦气作为冷却剂，冷却剂驱动装置为氦气风机。控制冷却剂驱动装置的功率即为控制所述氦气风机的转速。本领域技术人员能够理解，也可以采用其他类型的介质为冷却剂，冷却剂驱动装置也可以采用其他类型的装置，例如泵，这些都在本发明的保护范围内。
根据本发明的一个优选实施例，如图2所示的，高温气冷堆具有串级结构的控制回路，所述控制回路包括外环控制的主回路和内环控制的副回路。其中所述主回路根据高温气冷堆核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂(氦气)温度设定值。所述副回路根据冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂(氦气)流量设定值，实现冷却剂温度控制。主回路和副回路例如可通过上文描述的比例积分控制算法来进行控制。
根据本发明的一个优选实施例，高温气冷堆的功率控制方法10还包括：
检测高温气冷堆的核功率测量值和冷却剂温度测量值，以判断高温气冷堆的运行是否发生故障；
当核功率测量值出现异常时，将基于核功率设定值和核功率测量值确定的冷却剂温度设定值的自动运行切换至手动运行；
当冷却剂温度测量值出现异常时，将基于冷却剂温度设定值和测量值确定的冷却剂流量设定值的自动运行切换至手动运行；
当上述异常解除时，手动运行切换至自动运行。
图4示出了根据本发明一个实施例的一种高温气冷堆的功率控制系统20。下面参考图2和图4来描述。
如图4所示，高温气冷堆的功率控制系统20包括核功率控制器22、冷却剂温度控制器23以及冷却剂驱动装置24。
其中，核功率控制器22配置成可接收高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，并可根据所述高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值；
冷却剂温度控制器23配置成可接收所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，并可根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值；
冷却剂驱动装置24配置成可以根据所述冷却剂流量设定值，以不同的功率向所述高温气冷堆供送冷却剂。
功率控制系统20例如可以执行上面描述的功率控制方法10。
图5示出了根据本发明一个优选实施例的功率控制系统20的功能示意图。以氦气作为冷却剂为例进行描述，冷却剂驱动装置为氦气风机。
功率控制系统20接收核功率设定值和测量值、氦气温度测量值、核功率控制和氦气温度控制的手自动切换等信号。
功率控制系统首先根据接受的核功率设定值、测量值、以及外环控制(核功率控制)的手自动切换信号，输出氦气温度设定值信号；同时，外环控制系统根据输入信号，进行故障诊断，输出外环控制正常或异常的信号；
进一步，外环控制输出的氦气温度设定值信号和氦气温度测量信号以及内环控制(氦气温度控制)的手自动切换信号，输出氦气流量设定值信号；同时，内环控制根据输入信号，进行故障诊断，输出内环控制正常或异常的信号。氦气流量设定值信号传输至氦气风机进行转速调节，进一步实现高温气冷堆功率控制。
根据本发明的一个优选实施例，高温气冷堆功率控制系统20主要包括硬件和软件部分，其中硬件部分包括：
1.接收装置：用于接受核功率设定值、核功率测量值、氦气温度测量值以及投入、切除等信号；
2.主控单元：通过接受的信号，根据本发明提出的高温气冷堆功率控制方法，计算得到氦气流量设定值，同时保证核功率和氦气温度运行在控制要求下；同时根据输入信号，检测判断外环控制和内环控制是否正常运行；
3.输出装置：用于输出氦气流量设定值以及系统正常或异常等信号；
4.电源装置：为系统提供所需要的电源；
5.通信网络：包括需要配置的集线器、交换器和路由器等；
6.机柜、机架等机械安装结构件。
图6示出了根据本发明一个实施例的高温气冷堆的功率控制系统的结构示意图。
软件部分则主要包括高温气冷堆功率控制方法10，功率控制故障诊断方法等。高温气冷堆功率控制方法的过程如上所述，功率控制故障诊断方法用于监测判断系统的运行状态，当反应堆发生故障时，控制系统输入的核功率和氦气温度测量值可能会超出正常运行的数值范围；或者在信号测量或传输的过程中，由于传感器等设备发生故障导致信号数据失真。在这些状况下，控制系统能够根据事先故障诊断，判断出系统运行异常，并输出相应的异常信号，以供操作员及时进行手自动切换。当没有异常状态时，故障诊断功能则输出正常信号。
图7示出了本发明提出的高温气冷堆功率控制的一种示例性控制工程组态图。
如图7所示，当高温气冷堆功率控制系统20投入运行时，从上层控制系统获取核功率设定值101，或由操作员给出核功率设定值101。核功率控制器22将核功率设定值101和核功率测量值102比较后得到功率偏差201。其中，核功率设定值101、核功率测量值102和氦气温度测量值103可以是模拟量或通信量。
在核功率控制器22内部，功率偏差信号201经过控制算法(或控制子单元)301调整输出值，再经过限幅器302后，输出氦气温度设定值105。其中，核功率控制器的算法可以是比例积分(Proportion Integral，PI)控制算法，即
其中，e1为PI控制器的输入信号，即功率偏差201，u1为PI控制器的输出信号，即氦气温度设定值105，Kp,1，KI,1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，使得功率偏差201为零或者小于一定的偏差阈值，以实现稳定核功率的功能；
在冷却剂温度控制器23中，氦气温度设定值105与氦气温度测量值103比较后得到氦气温度偏差202，氦气温度偏差202经过控制算法(或控制子单元)303调整输出值，再经过限幅器304后，输出氦气流量设定值107。其中，氦气温度控制器的算法同样可以选择PI控制算法，即
其中，e2为PI控制器的输入信号，即氦气温度偏差202，u2为PI控制器的输出信号，即氦气流量设定值107，Kp,2，KI,2分别为PI控制器的比例系数和积分系数。氦气流量设定值107被输出到氦气风机24，调节氦气风机转速。
此外，核功率测量值102分别经过限幅比较器501和限速比较器502，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。当核功率测量值102的幅值变化范围和速度都在限定要求内时，表明高温气冷堆及控制系统均处于正常运行状态下，限幅信号601和限速信号602均为“0”，限幅信号601和限速信号602经过逻辑运算“OR”后，得到的手动信号702为“0”，即表明此时核功率控制不需要手动进行控制。同时，限幅信号601和限速信号602经过逻辑运算“OR”后的信号再通过逻辑运算“AND”后，输出逻辑信号603为“1”，该信号与自动运行指令701经过逻辑运算“AND”后，输出核功率控制自动运行的信号，此时的自动运行信号801为“1”，即表明核功率控制处于自动运行的模式下。图7中的虚线信号均表示为开关量或通讯量，实线信号表示为模拟量或通讯量。当高温气冷堆发生异常状况时，例如传感器故障导致未能接受到测量信号，使得核功率测量值102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“OR”后，得到的手动信号701为“1”，表明此时核功率控制处于手动运行模式下，该情况下，由操作员手动给出氦气温度设定值(图7中104所示)。同时，限幅信号601和限速信号602经过逻辑运算“OR”后的信号再通过逻辑运算“AND”后，输出的逻辑信号603为“0”，该信号与自动运行指令701经过逻辑运算得到的逻辑信号801为“0”，即表明核功率控制处于手动运行模式下。
同理，氦气温度测量值103分别经过限幅比较器503和限速比较器504，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。当氦气温度测量值103的幅值变化范围和速度都在限定要求内时，表明高温气冷堆及控制系统均处于正常运行状态下，限幅信号604和限速信号605均为“0”，限幅信号604和限速信号605经过逻辑运算“OR”后，得到的手动信号704为“0”，即表明此时冷却剂温度控制不需要进行手动控制。同时，限幅信号604和限速信号605经过逻辑运算“OR”后，再经过逻辑运算“NOT”后，输出逻辑信号606，此时逻辑信号606为“1”，该信号与自动运行指令703经过逻辑运算“AND”后，得到冷却剂温度控制的自动运行信号802为“1”，即表明冷却剂温度控制处于自动运行模式下。当高温气冷堆发生异常状况时，使得氦气温度测量值103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，此时，限幅信号604和限速信号605经过逻辑运算“OR”后，得到的手动信号704为“1”，表明此时冷却剂温度控制处于手动运行模式下，即由操作员手动给出氦气流量设定值(图7中106所示)。同时，限幅信号604和限速信号605经过逻辑运算“OR”后，再经过逻辑运算“NOT”后，得到的逻辑信号606为“0”，该信号与自动运行指令703经过逻辑运算“AND”后，得到冷却剂温度控制的自动运行信号802为“0”，表明此时冷却剂温度控制处于手动运行模式下。
本实施例将具体说明本专利提出的高温气冷堆功率控制系统在两模块球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)示范电站中的应用。
图8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)，氦气风机，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，蒸汽温度控制，给水流量控制，主蒸汽压力控制等控制系统。其中，MHTGR，OTSG，氦气风机，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。本专利提出的反应堆功率控制，蒸汽温度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运行时，从上层控制系统或操作员处获得核功率设定值，核功率测量值和氦气温度测量值。
根据模块的核功率设定值可以得到相应的的核功率设设定值，给水流量设设定值和出口蒸汽设设定值；
将测量得到的核功率值与核功率设设定值比较，得到核功率偏差，核功率偏差作为核功率控制器的输入信号，在本实施例中，核功率控制器选取工程上易于实现的比例积分(Proportion Integral，PI)控制算法，即
其中，e1为PI控制器的输入信号，即功率偏差，u1为PI控制器的输出信号，即氦气温度设定值，Kp,1，KI,1分别为PI控制器的比例系数和积分系数。这里选取Kp,1＝-1，KI,1＝-1。
氦气温度设定值与氦气温度测量值比较后得到氦气温度偏差，氦气温度偏差作为氦气温度控制器的输入信号。在本实施例中，氦气温度控制器选择PI控制算法，即
其中，e2为PI控制器的输入信号，即氦气温度偏差，u2为PI控制器的输出信号，即氦气流量设定值，Kp,2，KI,2分别为PI控制器的比例系数和积分系数，KT满足
这里选取Kp,2＝10，KI,2＝0.1。
在OTSG的出口处测量得到蒸汽温度的实际值，与蒸汽温度设设定值比较，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设定值的修正量，并与由模块热功率设设定值决定的给水流量设设定值相加，得到修正后时机的给水流量设设定值；
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；
主蒸汽管道出口处测量得到主蒸汽压力的实际值，并与主蒸汽压力设定值进行比较，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，初始时HTR-PM电站运行在满功率状态，在第10000秒1#反应堆由100％堆满功率(Reactor Full Power,RFP)以5％RFP/min的速度降至50％RFP，并在第30000秒以相同速度回升至100％RFP。仿真中取Kp,1＝-1，KI,1＝-1，Kp,2＝-10，而取KI,2为不同值，且控制棒棒位全程不变。核功率nr、反应堆出口热氦温度Tcout和蒸发器出口新蒸汽温度Ts的动态响应曲线如图9所示。根据仿真结果可以看到，本专利提出的基于氦流量调节的高温气冷堆串级功率控制方法可以保证主要过程参数具有良好的稳定性。本发明提出的高温气冷堆功率控制方法可以作为现有高温堆功率控制的后备方案，增强反应堆的容错控制。
本发明各个实施例提出的反应堆功率控制与现有的控制方案主要区别如表1所示：
表1反应堆功率控制方案对比
从表1中可以看出，本专利提出的反应堆功率控制方案与传统的控制方案无论是执行器还是控制回路，都具有明显的不同。当反应堆控制棒出现异常状况时，本专利提出的控制方案可以作为高温堆功率控制的后备方案，用于实现容错控制，对进一步提升高温气冷堆运行可靠性具有积极意义。
本发明还提出一种高温气冷堆核电站，包括高温气冷堆；和如上所述的高温气冷堆功率控制系统20，与所述高温气冷堆耦合并控制所述高温气冷堆的运行。
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 (14)

1.一种可用于高温气冷堆的功率控制方法，包括：
获取高温气冷堆的核功率设定值、核功率测量值和冷却剂温度测量值；
根据所述的高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值；
根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值；和
根据所述的冷却剂流量设定值，控制冷却剂驱动装置的功率。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆的功率控制方法，其中所述冷却剂为氦气，所述冷却剂驱动装置为氦气风机，所述控制冷却剂驱动装置的功率的步骤包括：控制所述氦气风机的转速。
3.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆的功率控制方法，其中所述高温气冷堆具有串级结构的控制回路，所述控制回路包括外环控制的主回路和内环控制的副回路。
4.根据权利要求3所述的高温气冷堆的功率控制方法，其中所述主回路根据高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值。
5.根据权利要求4所述的高温气冷堆功率控制方法，其中所述副回路根据冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值，实现冷却剂温度控制。
6.根据权利要求3所述的高温气冷堆功率控制方法，其中所述主回路和副回路通过比例积分控制算法来进行控制。
7.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆的功率控制方法，还包括：
检测高温气冷堆的核功率测量值和冷却剂温度测量值，以判断高温气冷堆的运行是否发生故障；
当核功率测量值出现异常时，将基于核功率设定值和核功率测量值确定的冷却剂温度设定值的自动运行切换至手动运行；
当冷却剂温度测量值出现异常时，将基于冷却剂温度设定值和测量值确定的冷却剂流量设定值的自动运行切换至手动运行；
当上述异常解除时，手动运行切换至自动运行。
8.一种高温气冷堆的功率控制系统，包括：
核功率控制器，可接收高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，并可根据所述高温气冷堆的核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值；
冷却剂温度控制器，配置成可接收所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，并可根据所述冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值；和
冷却剂驱动装置，配置成可以根据所述冷却剂流量设定值，以不同的功率向所述高温气冷堆供送冷却剂。
9.根据权利要求8所述的高温气冷堆的功率控制系统，其中所述冷却剂为氦气，所述冷却剂驱动装置为氦气风机，所述冷却剂驱动装置控制器配置成可控制所述氦气风机的转速。
10.根据权利要求8或9所述的高温气冷堆的功率控制系统，其中所述功率控制系统具有串级结构的控制回路，所述控制回路包括外环控制的主回路和内环控制的副回路。
11.根据权利要求10所述的高温气冷堆的功率控制系统，其中所述主回路根据高温气冷堆核功率设定值和核功率测量值，确定冷却剂温度设定值，所述副回路根据冷却剂温度设定值和冷却剂温度测量值，确定冷却剂流量设定值，实现冷却剂温度控制。
12.根据权利要求9所述的高温气冷堆功率控制系统，其中所述主回路和副回路通过比例积分控制算法来进行控制。
13.根据权利要求8或9所述的高温气冷堆的功率控制系统，还包括异常检测单元，所述异常检测单元配置成可检测高温气冷堆的核功率测量值和冷却剂温度测量值，以判断高温气冷堆的运行是否发生故障；
当核功率测量值出现异常时，将基于核功率设定值和核功率测量值确定的冷却剂温度设定值的自动运行切换至手动运行；
当冷却剂温度测量值出现异常时，将基于冷却剂温度设定值和测量值确定的冷却剂流量设定值的自动运行切换至手动运行；
当上述异常解除时，手动运行切换至自动运行。
14.一种高温气冷堆核电站，包括：
高温气冷堆；和
如权利要求8-13中任一项所述的高温气冷堆功率控制系统，与所述高温气冷堆耦合并控制所述高温气冷堆的运行。
CN201910496176.3A 2019-06-10 2019-06-10 高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站 Active CN110289114B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910496176.3A CN110289114B (zh) 2019-06-10 2019-06-10 高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910496176.3A CN110289114B (zh) 2019-06-10 2019-06-10 高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110289114A true CN110289114A (zh) 2019-09-27
CN110289114B CN110289114B (zh) 2021-03-09

Family

ID=68003548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910496176.3A Active CN110289114B (zh) 2019-06-10 2019-06-10 高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110289114B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111192696A (zh) * 2020-01-06 2020-05-22 中国原子能科学研究院 用于核反应堆的功率控制装置及功率控制方法
CN112071457A (zh) * 2020-08-07 2020-12-11 西安交通大学 一种超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法
CN112366011A (zh) * 2020-10-27 2021-02-12 中国核动力研究设计院 一种热管反应堆核功率的控制方法及系统
CN112382418A (zh) * 2020-11-20 2021-02-19 西安热工研究院有限公司 带有增量式调节功能的高温气冷堆氦气流量控制系统及方法
CN113131672A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种应用于核电站主给水泵机组的冷却系统
CN113345613A (zh) * 2021-05-26 2021-09-03 华能山东石岛湾核电有限公司 高温气冷堆主蒸汽系统的监测控制方法及装置
CN113871046A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 华能山东石岛湾核电有限公司 一种高温气冷堆反应堆一回路无核参数提升方法及装置
CN114496319A (zh) * 2021-12-08 2022-05-13 华能核能技术研究院有限公司 高温气冷堆机组的运行状态的确定方法及装置
CN115424751A (zh) * 2022-09-19 2022-12-02 中国核动力研究设计院 适用于核仪表系统功率区的定值功率设定器及调控方法
CN116994787A (zh) * 2023-07-28 2023-11-03 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法及系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4723438A (en) * 1985-12-19 1988-02-09 Spectral Sciences, Inc. Spark spectroscopic high-pressure gas analyzer
CN1261198A (zh) * 1998-08-25 2000-07-26 东芝株式会社 核测量仪表系统输出分布计算装置和监视系统及各方法
WO2002079889A2 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited A method of and control system for controlling a nuclear reactor outlet temperature
WO2003046929A2 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited System for and method of controlling a nuclear power plant
JP2008139015A (ja) * 2007-12-21 2008-06-19 Omron Corp 電磁誘導加熱装置の温度制御装置
KR20110075487A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 한국원자력연구원 고온가스로용 노심
CN102252723A (zh) * 2011-04-18 2011-11-23 清华大学 直接测量高温气冷堆一回路氦气总质量流量的系统和方法
CN103811085A (zh) * 2012-11-13 2014-05-21 中国广东核电集团有限公司 核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法
CN106340331A (zh) * 2016-09-18 2017-01-18 华北电力大学 一种用于核反应堆功率的自抗扰控制方法
CN109582047A (zh) * 2018-11-21 2019-04-05 清华大学 中间回路流量控制方法、装置以及控制系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4723438A (en) * 1985-12-19 1988-02-09 Spectral Sciences, Inc. Spark spectroscopic high-pressure gas analyzer
CN1261198A (zh) * 1998-08-25 2000-07-26 东芝株式会社 核测量仪表系统输出分布计算装置和监视系统及各方法
WO2002079889A2 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited A method of and control system for controlling a nuclear reactor outlet temperature
WO2003046929A2 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited System for and method of controlling a nuclear power plant
JP2008139015A (ja) * 2007-12-21 2008-06-19 Omron Corp 電磁誘導加熱装置の温度制御装置
KR20110075487A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 한국원자력연구원 고온가스로용 노심
CN102252723A (zh) * 2011-04-18 2011-11-23 清华大学 直接测量高温气冷堆一回路氦气总质量流量的系统和方法
CN103811085A (zh) * 2012-11-13 2014-05-21 中国广东核电集团有限公司 核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法
CN106340331A (zh) * 2016-09-18 2017-01-18 华北电力大学 一种用于核反应堆功率的自抗扰控制方法
CN109582047A (zh) * 2018-11-21 2019-04-05 清华大学 中间回路流量控制方法、装置以及控制系统

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111192696A (zh) * 2020-01-06 2020-05-22 中国原子能科学研究院 用于核反应堆的功率控制装置及功率控制方法
CN112071457A (zh) * 2020-08-07 2020-12-11 西安交通大学 一种超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法
CN112071457B (zh) * 2020-08-07 2023-04-07 西安交通大学 一种超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法
CN112366011B (zh) * 2020-10-27 2022-03-01 中国核动力研究设计院 一种热管反应堆核功率的控制方法及系统
CN112366011A (zh) * 2020-10-27 2021-02-12 中国核动力研究设计院 一种热管反应堆核功率的控制方法及系统
CN112382418A (zh) * 2020-11-20 2021-02-19 西安热工研究院有限公司 带有增量式调节功能的高温气冷堆氦气流量控制系统及方法
CN112382418B (zh) * 2020-11-20 2021-08-31 西安热工研究院有限公司 带有增量式调节功能的高温气冷堆氦气流量控制系统及方法
WO2022105357A1 (zh) * 2020-11-20 2022-05-27 西安热工研究院有限公司 带有增量式调节功能的高温气冷堆氦气流量控制系统及方法
CN113131672A (zh) * 2021-04-19 2021-07-16 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种应用于核电站主给水泵机组的冷却系统
CN113131672B (zh) * 2021-04-19 2022-08-19 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种应用于核电站主给水泵机组的冷却系统
CN113345613A (zh) * 2021-05-26 2021-09-03 华能山东石岛湾核电有限公司 高温气冷堆主蒸汽系统的监测控制方法及装置
CN113871046A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 华能山东石岛湾核电有限公司 一种高温气冷堆反应堆一回路无核参数提升方法及装置
CN113871046B (zh) * 2021-09-28 2022-06-21 华能山东石岛湾核电有限公司 一种高温气冷堆反应堆一回路无核参数提升方法及装置
CN114496319A (zh) * 2021-12-08 2022-05-13 华能核能技术研究院有限公司 高温气冷堆机组的运行状态的确定方法及装置
CN115424751A (zh) * 2022-09-19 2022-12-02 中国核动力研究设计院 适用于核仪表系统功率区的定值功率设定器及调控方法
CN116994787A (zh) * 2023-07-28 2023-11-03 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法及系统
CN116994787B (zh) * 2023-07-28 2024-05-24 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110289114B (zh) 2021-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110289114A (zh) 高温气冷堆功率控制方法、控制系统及高温气冷堆核电站
EP3153795B1 (en) Brayton cycle refrigerating apparatus
US5559691A (en) Plant condition display system
US5566709A (en) Fluid plant and its operating method
CN109582047B (zh) 中间回路流量控制方法、装置以及控制系统
US6938584B2 (en) Feedwater control system considering pressure drop of feedwater control valve in nuclear power plant and control method therefor
US7333584B2 (en) Nuclear power plant and operation method thereof
CN107575854A (zh) 一种二次再热机组监测系统
CN112420231A (zh) 一种核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法
US11114210B2 (en) Control rod operation monitoring method and control rod operation monitoring system
CA1236898A (en) Device for controlling a process variable of a flowing medium
CA1127403A (en) Pressure controller for dual purpose steam turbine power plant
CN1100974C (zh) 吸收制冷装置
CN110445171A (zh) 一种基于海上风电场柔直系统的有功频率控制方法及系统
CN110879541B (zh) 一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统
CN217588437U (zh) 一种高温气冷堆旁路阀运行系统
JP5733929B2 (ja) 給水装置
CN109597328A (zh) 调频与自动发电控制方法、装置以及控制系统
JP2012137450A (ja) 熱併給原子力発電システム
CN107906058A (zh) 一种防止核电厂真空泵汽蚀的监视系统和方法
CN117396986A (zh) 核电站的控制方法及控制系统
KR860000505B1 (ko) 가압수로의 정지과정중 1차회로의 압력조절방법
CN111255531B (zh) 核电站汽轮机的进汽门带负荷开关试验及其参数确定方法
Lu et al. Conceptual design of cryogenic distribution control system for CFETR central solenoid model coil
Olson et al. The Fort St. Vrain high temperature gas-cooled reactor: V. Steam system performance tests

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant