CN112071457A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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，满负荷运行时，CO₂工质流入气轮机内膨胀做功，在回热器内释放部分热量后进入预冷器冷却，进入压缩机增压后流入回热器吸收气轮机乏气的能量，重新回到反应堆，完成整个循环过程；当部分负荷工况运行时，通过发电机功率控制系统实现发电机功率同电网需求的匹配；通过压缩机入口温度控制系统实现负荷运行过程中压缩机入口温度的调控；通过压缩机阻塞保护系统确保压缩机远离阻塞运行区域；反应堆的功率通过堆芯功率控制系统依靠反应性反馈自动调节，实现反应堆功率跟随发电机功率变化的自动调节。本发明实现超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在全负荷范围内的负荷跟踪能力。

Description

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

技术领域

本发明属于先进核反应堆系统运行策略和热工水力计算技术领域，具体涉及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。

背景技术

超临界二氧化碳S-CO₂布雷顿循环具有系统结构紧凑、设备布置简单、和在中等工作温度下实现高循环效率等优势，有利于核反应堆系统小型化、高效化技术的实现，在空间站、船舶推进、和民用发电站具有巨大应用潜景。尤其是超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统可以消除间接布雷顿循环系统中所需的中间热交换器，进一步提高反应堆系统的紧凑性和经济性。因此，新型的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统引起了广泛的关注。

在系统启动、停机过程中，变负荷操作是重要的运行过程。此外，应用于小电网、空间站和船舶等场景中，对核反应堆系统的负荷跟随能力也有较高需求。因此，变负荷运行是超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统的一个重要研究方向。由于超临界二氧化碳布雷顿循环系统具有涡轮机械同轴定转速、压缩机入口运行在临界点附近、超临界二氧化碳在临界点附近物性具有强烈非线性变化等、气冷反应堆负反馈弱等特性，增加了超临界二氧化碳布雷顿循环系统的控制策略设计的复杂性和难度。在布雷顿循环系统中常用的变负荷方法包括转速控制、装量控制、温度控制、节流控制和旁通控制，其中旁通方法具有响应速度快、调节准确和部分负荷下效率相对较高的特性，因此旁通方法被选为超临界二氧化碳布雷顿循环系统的变负荷方法。

目前对于变负荷策略，主要以超临界二氧化碳布雷顿循环同钠冷快堆、铅冷快堆等间接耦合的反应堆系统为研究对象。在超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统中，需要考虑堆芯反应性反馈对系统行为的影响。此外，在超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统中，采用上回路旁通方法时，旁通阀的动作会对堆芯冷却剂流量有巨大影响。堆芯冷却剂流量会因旁通阀开启而减少，这会对堆芯和系统的安全带来挑战。因此，在采用旁通方法作为超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统的变负荷原理，需要考虑系统运行的稳定性和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供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，同时考虑到堆芯和布雷顿循环系统运行的安全性和稳定性。

本发明采用以下技术方案：

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，工质在气轮机内做功，驱动转动轴旋转，带动压缩机为整个循环回路提供工质流动的驱动力，发电机向外电网提供需要的负荷；满负荷运行时，CO₂工质在反应堆内加热升温后，流入气轮机内膨胀做功，产生的气轮机乏气在回热器内释放部分热量后，进入预冷器经冷却水冷却到目标温度，经压缩机入口进入压缩机增压，再流入回热器吸收气轮机乏气的能量，重新回到反应堆，完成整个循环过程；当部分负荷工况运行时，通过发电机功率控制系统实现发电机功率同电网需求的匹配；通过压缩机入口温度控制系统实现负荷运行过程中压缩机入口温度的调控；通过压缩机阻塞保护系统确保压缩机远离阻塞运行区域；反应堆的功率通过堆芯功率控制系统依靠反应性反馈自动调节，实现反应堆功率跟随发电机功率变化的自动调节，削弱瞬态过程对系统关键参数的扰动，实现超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在全负荷范围内的负荷跟踪能力。

具体的，发电机功率控制系统采用上回路旁通阀维持气轮机轴转速恒定，实现发电机功率同电网需求的匹配，通过调节上回路旁通阀的开度，改变气轮机的工质流量和功率。

进一步的，以气轮机转速同额定转速的偏差作为控制系统的输入信号，根据发电机功率控制系统器的输出信号，得到上回路旁通阀的开度f_opening(t)为：

f_opening(t)＝f_opening(0)+u(t)

其中，f_opening(0)为阀门初始开度；u(t)为发电机功率控制器输出信号。

具体的，压缩机入口温度发生变化时，压缩机入口温度控制系统将压缩机入口实际温度同目标值的偏差作为输入信号送入到PI控制中，根据控制器输出信号改变预冷器冷却水的质量流量，维持压缩机入口温度恒定。

进一步的，当前时间的冷却水质量流量

为：

其中，

为当前时间的冷却水质量流量；

为冷却水质量流量的初始值；

为预冷器冷却水质量流量的额定值；u(t)为压缩机入口温度控制系统器的输出信号。

具体的，压缩机阻塞控制系统采用旁通法作为负荷调节机制时，在压缩机出口管线设置调节阀，以电网负荷需求作为输入信号，确定压缩机出口调节阀的开度实现压缩机阻塞保护。

进一步的，压缩机出口节流阀的当前开度f_opening(t)为：

f_opening(t)＝G(x(t))

其中，G(x)为压缩机出口节流阀开度对应电网需求的表函数；x(t)为当前的电网负荷需求。

具体的，压缩机阻塞控制系统的阻塞阈量f_choke为：

其中，

为压缩机质量流量；

为由设备厂商提供的压缩机当前转速下的阻塞流量。

具体的，反应堆的堆芯功率控制系统能够在发电机功率下降时，反应堆功率下降；发电机功率上升时，反应堆功率上升。

具体的，反应堆依次经气轮机、回热器、预冷器、压缩机和回热器后返回形成循环回路；回热器的回热器低压侧出口管线经预冷器入口管线与预冷器连接，预冷器用于对冷却水进行处理，预冷器的出口管线与压缩机的压缩机入口连接，压缩机、发电机和气轮机设置在转动轴上；压缩机经压缩机阻力阀连接压缩机阻力阀后管线，压缩机阻力阀后管线分两路，一路与回热器的回热器高压侧入口管线连接，另一路经上回路旁通阀与预冷器入口管线连接；气轮机与回热器连接，用于将气轮机乏气传输至回热器。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明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，可以削弱瞬态过程对系统关键参数的扰动，实现超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在全负荷范围内的负荷跟踪能力。

进一步的，发电机功率控制系统可以实现负荷的精准调节，并维持气轮机轴转速恒定，确保电力品质。采用上回路旁通阀作为发电机功率控制系统的执行机构有利于降低变负荷瞬态过程中对回热器的热应力冲击。

进一步的，压缩机入口温度控制系统维持压缩机入口温度恒定，有利于压缩机入口工质的状态靠近设计状态，避免工质膨胀导致密度大幅度变化，有利于充分利用压缩机在临界点附近耗功低的优势。

进一步的，压缩机阻塞控制系统可以实现压缩机设备的保护，消除负荷下降过程中旁通阀开启导致的压缩机流量增加而发生阻塞的风险。

进一步的，通过阻塞裕量可以表征压缩机的运行状态，并作为压缩机控制系统的控制变量。考虑到设备厂商提供的压缩机阻塞曲线以及压缩机阻塞控制系统中的传感器均存在一定的不确定度，阻塞裕量应保守考虑一定的裕度。

综上所述，本发明有利于超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在全负荷范围内实现快速高效率地负荷跟踪运行，具有安全性和稳定性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为布雷顿循环和控制系统示意图；

图2为压缩机入口温度控制逻辑框图；

图3为发电机功率控制逻辑框图；

图4为压缩机阻塞保护控制逻辑框图；

图5为压缩机阻力阀开度与电网需求关系图；

图6为压缩机阻塞保护控制原理图；

图7为100-0-100％负荷运行过程系统响应示意图，其中，(a)为电网负荷和旁通阀动作，(b)为堆芯功率和反应性变化，(c)为压缩机温度和冷却水流量，(d)为系统流量和调节阀动作，(e)为堆芯温度变化，(f)为回热器温度变化。

其中：1.反应堆；2.回热器；3.预冷器；4.压缩机；5.发电机；6.气轮机；7.压缩机阻力阀；8.上回路旁通阀；9.冷却水；10.压缩机入口；11.压缩机阻力阀后管线；12.回热器高压侧入口管线；13.回热器低压侧出口管线；14.预冷器入口管线；15.转动轴；16.气轮机乏气。

具体实施方式

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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了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，采用“堆跟机”的运行模式，在全负荷范围内实现功率运行，不触发系统安全限值；此外，在满负荷功率运行下，能包容电网需求的随机波动，确保反应堆系统的正常运行工况；同时考虑到堆芯和布雷顿循环系统运行的安全性和稳定性，实现超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在0％～100％负荷区域内安全、稳定地运行。

当电网需求发生变化，转动轴15的转速偏离目标值，通过上回路旁通阀8改变进入气轮机6的工质流量，进而改变气轮机6产生的功率，维持转动轴15转速不变；根据电网需求水平变化控制压缩机阻力阀7的开度，确保压缩机4运行在远离阻塞的区域；根据压缩机入口10的温度同目标值的偏差对冷却水9的流量进行调节，确保在运行过程中压缩机入口10的温度不变；反应堆1的功率仅依靠反应性负反馈机制，实现反应堆功率跟随发电机功率变化的自动调节。

请参阅图1，本发明一种超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统，包括反应堆1、回热器2、预冷器3、压缩机4、发电机5和气轮机6。

反应堆1依次经气轮机6、回热器2、预冷器3、压缩机4和回热器2后返回形成循环回路；回热器2的回热器低压侧出口管线13经预冷器入口管线14与预冷器3连接，预冷器3用于对冷却水9进行处理，预冷器3的出口管线与压缩机4的压缩机入口10连接，压缩机4、发电机5和气轮机6设置在转动轴15上；压缩机4经压缩机阻力阀7连接压缩机阻力阀后管线11，压缩机阻力阀后管线11分两路，一路与回热器2的回热器高压侧入口管线12连接，另一路经上回路旁通阀8与预冷器入口管线14连接；气轮机6与回热器2连接，用于将气轮机乏气16传输至回热器2。

本发明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，采用的控制策略包括四个分立的控制系统，具体为：发电机功率控制系统、压缩机阻塞控制系统、压缩机入口温度控制系统和堆芯功率控制系统，具体步骤如下：

S1、压缩机4、发电机5和气轮机6在同一个转动轴15上，工质在气轮机6内做功，驱动转动轴15旋转，带动压缩机4为整个循环回路提供工质流动的驱动力，发电机5向外电网提供需要的负荷；

S2、满负荷运行时，CO₂工质在反应堆1内加热升温后，流入气轮机6内膨胀做功，产生的气轮机乏气16在回热器2内释放部分热量后，进入预冷器3经冷却水9冷却到目标温度，经压缩机入口10进入压缩机4增压，再流入回热器2吸收气轮机乏气16的能量，重新回到反应堆1，完成整个循环过程；

需要注意的是，为了增加系统的稳定性，此时连接预冷器入口管线14和压缩机阻力阀后管线11的上回路旁通阀8留有开度(本实施例采用0.024的阀门开度)，以确保有小的旁流流量从压缩机阻力阀后管线11经上回路旁通阀8，同来自回热器低压侧出口管线13的主流流量汇合后，直接流向预冷器入口管线14。

S3、部分负荷工况运行时，发电机功率控制系统实现发电机功率同电网需求的匹配；

请参阅图3，当电网需求的负荷发生变化，发电机5产生的电功率随之改变，转动轴15上的转矩发生变化，转动轴15转速偏离目标值，上回路旁通阀8动作，部分流量在压缩机阻力阀后管线11经上回路旁通阀流通，同来自回热器低压侧出口管线13的工质汇合后，经预冷器入口管线14进入预冷器3；上回路旁通阀8的动作导致进入回热器高压侧入口管线12的工质流量变化，进而带来气轮机6工质流量的变化，气轮机6功率发生变化，实现转动轴15转矩的重新平衡，维持在目标转速运行。

发电机功率控制系统，根据转动轴角动量守恒原理，采用上回路旁通阀维持气轮机轴转速恒定，实现发电机功率同电网需求的匹配。为确保系统在满负荷运行时，对电网功率波动具有一定的适应能力，要求上回路旁通阀在满负荷运行的设计状态下仍保留一定小开度。

在超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统中，气轮机、压缩机和发电机同轴布置。气轮机驱动压缩机为环路提供驱动压头，带动发电机产生电功率满足电网需求。当气轮机产生的有用功率同发电机功率不匹配时，转动轴转速会偏离额定转速并带来电网频率的扰动。因此，通过调节上回路旁通阀的开度，改变气轮机的工质流量和功率，进而实现系统对电网负荷需求的匹配。

采用工业经验最成熟的比例积分PI控制器，如公式(1)所定义：

其中，u(t)为控制器输出信号，上回路旁通阀动作幅度；e(t)为控制器输入信号；K_P为控制器比例环节增益参数；K_I为控制器积分环节增益参数；

在发电机功率控制系统器中，以气轮机转速同额定转速的偏差作为控制系统的输入信号，如公式(2)所定义：

其中，ω为转动轴当前转速，rpm；ω_set为转动轴目标转速，rpm；

根据发电机功率控制系统器的输出信号，可以计算得到上回路旁通阀的开度，如公式(3)所定义：

f_opening(t)＝f_opening(0)+u(t) (3)

其中，f_opening(t)为当前阀门开度；f_opening(0)为阀门初始开度；u(t)为发电机功率控制器输出信号；

S4、压缩机入口温度控制系统实现负荷运行过程中压缩机入口10温度的调控；

请参阅图2，压缩机入口10温度发生变化时，将压缩机入口10实际温度同目标值的偏差作为输入信号送入到PI控制中，根据控制器输出信号改变冷却水9流量，维持压缩机入口10温度的恒定。

压缩机入口温度控制系统，依据压缩机入口温度偏差，调节预冷器冷却水流量，实现压缩机入口温度在目标值附近。

在瞬态运行过程中，压缩机入口温度应运行在目标值附近。通过调节预冷器冷却水质量流量，可以实现压缩机入口温度的调控，采用工业使用最成熟的PI控制器实现压缩机入口温度的控制需求，该控制器如公式(5)所定义：

其中，u(t)为控制器输出信号，冷却水相对流量变化量；e(t)为控制器输入信号；K_P为控制器比例环节增益参数；K_I为控制器积分环节增益参数；

在压缩机入口温度控制系统器中，以压缩机入口温度同目标值的偏差作为控制的输入信号，如公式(6)所定义：

其中，T为压缩机入口温度，℃；T_set为压缩机入口温度目标值，℃；

根据压缩机入口温度控制系统器的输出信号，可以计算得到预冷器冷却水的质量流量，如公式(7)所定义：

其中，

为当前时间的冷却水质量流量，kg/s；

为冷却水质量流量的初始值，kg/s；

为预冷器冷却水质量流量的额定值，kg/s；u(t)为压缩机入口温度控制系统器的输出信号。

S5、压缩机阻塞控制系统确保压缩机4远离阻塞运行区域；

请参阅图4和图5，图5中压缩机阻力阀7开度同负荷的对应关系是根据系统运行特性预先得到的，即在降负荷过程中，上回路旁通阀8的开启动作会使得整个循环的管网阻力下降，进入压缩机4的工质流量增加，压缩机4的运行状态点会从图6中的设计点偏移到阻塞控制线2上的A点；

此时不断关闭压缩机阻力阀7，管网阻力增加使得进入压缩机4的流量减少，压缩机运行点会从图6中的A点向左侧移动；当压缩机运行点会从图6中的A点移动到阻塞控制线1上的B点时，压缩机阻力阀7停止关闭并保持开度不变；

请参阅图6，当系统从100％负荷下降到0％负荷，即可得到压缩机阻力阀7在不同负荷下的开度，整个运行过程中压缩机运行状态点将被控制在图6中的阻塞控制线1和阻塞控制线2之间。

压缩机阻塞控制系统，采用旁通方法作为负荷调节机制时，要求在压缩机出口管线设置调节阀，实现压缩机阻塞保护。

随着上回路旁通阀开度的增加，有更多的旁流流量从压缩机出口处直接流到回热器低压侧出口处，使得压缩机的流量不断增加，有运行到阻塞区域的风险。在压缩机出口管线安装调节阀，增加压缩机管线的局部阻力，使得压缩机远离高流量、低压比的阻塞运行区域。该控制器以电网负荷需求作为输入信号，通过预定义的查表函数，确定压缩机出口调节阀的开度，如公式(4)所定义：

f_opening(t)＝G(x(t)) (4)

其中，f_opening(t)为压缩机出口节流阀的当前开度；G(x)为压缩机出口节流阀对应电网需求的表函数；x(t)为当前的电网负荷需求。

S6、反应堆1功率依靠反应性反馈自动调节，实现反应堆1功率随着发电机5功率的增加而增加，反应堆1功率随着发电机5功率的减小而减小。

堆芯功率控制系统，依靠负反应性反馈机理，实现反应堆功率跟随发电机功率变化的自动调节：当发电机功率下降时，反应堆功率随之下降；当发电机功率上升时，反应堆功率随之上升以提供需求的能量。

超临界二氧化碳直接冷却反应堆为具有负反馈特性的气冷快堆，在该控制策略中依靠反应堆反应性的负反馈机理实现堆芯功率的自动调节，而无需单独的功率控制系统，可以降低变负荷控制策略的复杂性。

在变负荷瞬态过程中考虑系统运行的稳定性，具体如下：

1、发电机功率控制系统的稳定性

发电机功率控制系统采用上回路旁通阀作为负荷变化的机制，从循环效率的角度考虑，在满功率的设计状态下，上回路旁通阀应当完全关闭。这是因为，如果在满负荷的设计状态下，旁通阀仍然留有一定开度，将使得部分旁流流量在压缩机和预冷器之间循环，增加压缩机消耗功率，降低了系统的循环效率。

当从系统运行稳定性的角度考虑，在满负荷的设计状态下，上回路旁通阀应当留有一定开度。

2、压缩机阻塞控制系统的稳定性

包括压缩机阻塞线在内的压缩机性能曲线由设备厂商提供，但在实际运行中存在一定误差，因此考虑到压缩机阻塞保护控制系统的稳定性，在对压缩机阻塞保护控制进行设计时对阻塞阈量考虑一定的安全裕度，阻塞阈量如式(8)

其中，f_choke为阻塞阈量；

为压缩机质量流量，kg/s；

为由设备厂商提供的压缩机当前转速下的阻塞流量，kg/s。

在变负荷瞬态过程中考虑系统运行的安全性，具体如下：

1、堆芯完整性

在负荷运行稳态和变负荷运行瞬态过程中，堆芯包壳和燃料温度不应超过瞬态运行安全限值。

2、压缩机阻塞限值

在负荷运行稳态和变负荷运行瞬态过程中，压缩机阻塞阈量不超过1。

3、回热器热应力

在负荷运行稳态和变负荷运行瞬态过程中，回热器温度变化幅度和速率不超过材料可承受的热应力限值。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例以SCFR-300反应堆系统开展，采用S1～S6所示的方案，得到的仿真结果如图7所示。如图7-a)所示，采用本发明提出的负荷跟踪方法，可以实现SCFR-300反应堆系统从0～100％负荷范围内的负荷跟踪需求。如图7-a)所示，在升负荷和降负荷过程瞬态过程中，发电机功率可以及时同电网需求匹配，上回路旁通阀可以实现负荷的精准控制。如图7-b)所示，堆芯功率随着负荷下降而下降，随着负荷上升而上升，实现“堆跟机”运行模式。

如图7-c)所示，压缩机入口温度控制系统通过调节冷却水流量，压缩机入口温度在升负荷和降负荷瞬态过程中基本保持不变，有利于利用CO₂在临界点附近密度高、压缩机耗功低的优势。

如图7-d)所示，在降负荷过程中，因旁通阀开启旁通流量增加，压缩机流量随之增加，压缩机阻塞保护系统通过减小压缩机出口调节阀开度抑制压缩机流量的增加，实现压缩机阻塞的保护。在升负荷过程，压缩机出口调节阀开度随之增大，系统可以重新回到满功率设计工况，该控制系统具有稳定性。

如图7-e)所示，在瞬态过程中包壳最大温度不超过瞬态运行限值，满足堆芯运行的安全性。

如图7-f)所示，在瞬态过程中回热器高温段温度变化不超过30℃，回热器热应力变化有限，降低了回热器的应力应变。

综上所述，本发明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，采用该控制方法可以实现临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在0～100％负荷范围内的负荷跟踪过程，控制方法中的控制系统可以有效控制系统关键参数在瞬态过程中的扰动幅度，并考虑了瞬态运行过程中的安全性和稳定性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，工质在气轮机内做功，驱动转动轴旋转，带动压缩机为整个循环回路提供工质流动的驱动力，发电机向外电网提供需要的负荷；满负荷运行时，CO₂工质在反应堆内加热升温后，流入气轮机内膨胀做功，产生的气轮机乏气在回热器内释放部分热量后，进入预冷器经冷却水冷却到目标温度，经压缩机入口进入压缩机增压，再流入回热器吸收气轮机乏气的能量，重新回到反应堆，完成整个循环过程；当部分负荷工况运行时，通过发电机功率控制系统实现发电机功率同电网需求的匹配；通过压缩机入口温度控制系统实现负荷运行过程中压缩机入口温度的调控；通过压缩机阻塞保护系统确保压缩机远离阻塞运行区域；反应堆的功率通过堆芯功率控制系统依靠反应性反馈自动调节，实现反应堆功率跟随发电机功率变化的自动调节，削弱瞬态过程对系统关键参数的扰动，实现超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统在全负荷范围内的负荷跟踪能力。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，发电机功率控制系统采用上回路旁通阀维持气轮机轴转速恒定，实现发电机功率同电网需求的匹配，通过调节上回路旁通阀的开度，改变气轮机的工质流量和功率。

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，以气轮机转速同额定转速的偏差作为控制系统的输入信号，根据发电机功率控制系统器的输出信号，得到上回路旁通阀的开度f_opening(t)为：

f_opening(t)＝f_opening(0)+u(t)

其中，f_opening(0)为阀门初始开度；u(t)为发电机功率控制器输出信号。

4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，压缩机入口温度发生变化时，压缩机入口温度控制系统将压缩机入口实际温度同目标值的偏差作为输入信号送入到PI控制中，根据控制器输出信号改变预冷器冷却水的质量流量，维持压缩机入口温度恒定。

5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，当前时间的冷却水质量流量

为：

其中，

为当前时间的冷却水质量流量；

为冷却水质量流量的初始值；

为预冷器冷却水质量流量的额定值；u(t)为压缩机入口温度控制系统器的输出信号。

6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，压缩机阻塞控制系统采用旁通法作为负荷调节机制时，在压缩机出口管线设置调节阀，以电网负荷需求作为输入信号，确定压缩机出口调节阀的开度实现压缩机阻塞保护。

7.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，压缩机出口节流阀的当前开度f_opening(t)为：

f_opening(t)＝G(x(t))

其中，G(x)为压缩机出口节流阀开度对应电网需求的表函数；x(t)为当前的电网负荷需求。

8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，压缩机阻塞控制系统的阻塞阈量f_choke为：

其中，

为压缩机质量流量；

为由设备厂商提供的压缩机当前转速下的阻塞流量。

9.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，反应堆的堆芯功率控制系统能够在发电机功率下降时，反应堆功率下降；发电机功率上升时，反应堆功率上升。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法，其特征在于，反应堆(1)依次经气轮机(6)、回热器(2)、预冷器(3)、压缩机(4)和回热器(2)后返回形成循环回路；回热器(2)的回热器低压侧出口管线(13)经预冷器入口管线(14)与预冷器(3)连接，预冷器(3)用于对冷却水(9)进行处理，预冷器(3)的出口管线与压缩机(4)的压缩机入口(10)连接，压缩机(4)、发电机(5)和气轮机(6)设置在转动轴(15)上；压缩机(4)经压缩机阻力阀(7)连接压缩机阻力阀后管线(11)，压缩机阻力阀后管线(11)分两路，一路与回热器(2)的回热器高压侧入口管线(12)连接，另一路经上回路旁通阀(8)与预冷器入口管线(14)连接；气轮机(6)与回热器(2)连接，用于将气轮机乏气(16)传输至回热器(2)。

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