CN113539527A - 一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统，通过使用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度三种控制方式分段控制，实现反应堆从零功率启动至满功率的过程。在启动过程的初始阶段，以冷却剂温度作为被控量，沿着一条同时保证反应堆安全性和经济性的冷却剂温度提升曲线提升冷却剂温度，在启动过程的中期，冷却剂温度提升至一定值后，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，保证反应堆功率提升速度和反应堆周期不超过限值，保证反应堆的安全性，在启动过程的后期，堆芯温度提升到一定值后，发电元件投入运行，产生电功率，切换至反应堆电功率控制，保证反应堆的经济性。

Description

一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统

技术领域

本发明属于核反应堆控制技术领域，具体涉及一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统。

背景技术

核反应堆是一种能以可控方式实现自持链式核裂变反应的装置，并对该装置产生的能量加以利用。而热管堆是一种利用热管导热的方式将反应堆产生的热量导出并加以利用，或将反应堆产生的余热导出至冷阱进行散热的反应堆。空间热管冷却反应堆相对于地面反应堆，其运行环境不同，控制模式也不同。其中最为特殊的是，空间热管冷却反应堆需要在稳定运行在轨道之后才可启动核反应堆。故需要针对空间热管冷却反应堆设计一套完整的启动程序及相关的控制系统。

对于空间热管冷却反应堆，需要在进入预定轨道后尽快启动，为空间飞行器进行供电，同时也需要保证空间热管冷却反应堆在启动过程中的温度变化速率不超过限值，以防止热应力变化造成的损伤。目前对于比较成熟的空间热管冷却反应堆，有一套比较完整的启动程序，但其功率提升过程，通常按照一条功率设定值曲线进行。与此同时，对冷却剂温度和反应堆功率提升速率设置了限值，启动过程中需对冷却剂温度提升速率和反应堆功率提升速率进行监测。启动过程中，以反应堆功率作为被控量，可以保证反应堆功率严格按照设定值进行提升，但无法控制冷却剂温度的变化，只能通过设定最大变化速率加以限制。

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，提供一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统，分别使用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度作为被控量的三种控制方式，分阶段对反应堆进行控制，能够同时保证反应堆功率提升速率以及反应堆关键参数不超过安全限制。

本发明采用以下技术方案：

一种空间热管冷却反应堆启动调节方法，包括以下步骤：

S1、控制反应堆从零功率启动至满功率；

S2、基于步骤S1的反应堆启动目标，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

S3、基于步骤S2的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

S4、根据步骤S3的优化控制，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

具体的，步骤S1中，采用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度分段控制实现反应堆从零功率启动至满功率。

具体的，步骤S2中，在反应堆启动的初期，反应堆功率在30％满功率以下时，堆芯温度小于等于1500K，关注反应堆功率的提升速率、反应堆周期以及反应堆堆芯温度的变化，使用冷却剂温度控制，以冷却剂温度作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升。

具体的，步骤S2中，在反应堆启动的中期，如果反应堆功率超过30％满功率，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，当反应堆功率提升至50％以上时，反应堆功率继续提升，发电模块的发射极温度到达1700～1800K开始投入使用，发电装置产生电功率，各用电设备接通电源开始投入运行，关注反应堆电功率变化。

具体的，步骤S3中，反应堆电功率作为被控量的优化过程具体为：

以电功率控制系统作为串级控制外环，核功率控制系统作为串级控制内环，电功率控制系统输出作为内环核功率控制系统的核功率设定值的输入，核功率控制系统驱动控制转鼓，对反应性进行调节，反应性的变化改变反应堆堆芯功率，堆芯功率的变化改变发电模块发射极温度，实现电功率的控制。

具体的，步骤S3中，冷却剂温度作为被控量的优化过程具体为：

以冷却剂温度控制系统作为串级控制外环，核功率控制系统作为串级控制内环，冷却剂温度控制系统输出作为内环核功率控制系统的核功率设定值的输入，核功率控制系统驱动控制转鼓，对反应性进行调节，反应性的变化改变反应堆堆芯功率，堆芯功率的变化通过传热改变冷却剂温度实现控制。

具体的，步骤S4中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度小于55摄氏度每小时，控制系统修正系数a为1，对控制系统输出进行修正。

具体的，步骤S4中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度为55～60摄氏度每小时之间时，控制系统修正系数a满足0＜a＜1，对控制系统输出进行修正。

具体的，步骤S4中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度大于60摄氏度每小时，控制系统修正系数a为0，对控制系统输出进行修正。

本发明的另一技术方案是，一种空间热管冷却反应堆启动调节系统，包括：

启动模块，控制反应堆从零功率启动至满功率；

控制模块，基于启动模块的反应堆启动目标，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

优化模块，基于控制模块的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

调节模块，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种空间热管冷却反应堆启动调节方法，可实现空间热管冷却反应堆从零功率工况启动至满功率工况，可根据不同启动阶段所关注的关键参数，选取不同的参数作为被控量进行启堆控制，并且在使用冷却剂温度和反应堆电功率作为被控量时使用串级控制方式进行优化，使用该步骤进行启堆控制可以保证反应堆在启动过程中的安全性和经济性。

进一步的，使用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度对反应堆的启堆过程进行分段控制，可以在不同启动阶段对所关注的参数进行精细控制，以保证反应堆的安全性和经济性。

进一步的，在反应堆启动初期以冷却剂温度作为被控量，控制反应堆功率的提升，同时保证冷却剂温度提升速率不超过冷却剂管道材料的温度变化导致的形变应力不超过其承受上限，以保证反应堆启动过程的反应堆安全性。

进一步的，在反应堆启动中期，随着功率进一步提升和堆芯温度的逐渐上升，关注反应堆功率提升速度和堆芯温度提升速度，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升，防止反应堆由于反应堆周期过短或堆芯温度提升速度过快的安全隐患导致的自动停堆。

进一步的，在反应堆启动后期，发电模块开始投入运行后，关注反应堆电功率变化，以反应堆电功率作为被控量进一步提升反应堆功率，同时根据用电需求对反应堆输出电功率进行调整，可以提高反应堆的经济性。

进一步的，针对反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化，可以有效降低直接使用反应堆电功率作为被控量控制反应堆功率提升时的延迟，提升控制精度和速度，优化控制性能。

进一步的，针对冷却剂温度作为被控量的控制方式进行优化，可以有效降低直接使用冷却剂温度作为被控量控制反应堆功率提升时的延迟，提升控制精度和速度，优化控制性能。

进一步的，在反应堆启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，控制冷却剂温度上升速度小于等于60摄氏度每小时，防止由于温度变化过快导致的热应力损伤反应堆设备。

进一步的，根据冷却剂温度提升限值，设计控制系统输出修正系数，当冷却剂温度上升速度小于等于55摄氏度每小时，控制系统修正系数为1，对控制系统输出进行修正，维持功率和温度提升速度。

进一步的，当冷却剂温度上升速度在55至60摄氏度每小时，控制系统修正系数为a，0<a<1，对控制系统输出进行修正，减缓反应堆功率和温度提升速度，保证反应堆的安全性。

进一步的，根据冷却剂温度提升限值，设计控制系统输出修正系数，当冷却剂温度上升速度小于等于60摄氏度每小时，控制系统修正系数为0，对控制系统输出进行修正，使控制棒停止转动，减缓冷却剂温度的提升速率。

综上所述，本发明提供一种空间热管冷却反应堆启动调节方法可以有效地控制反应堆的启堆过程，同时在保证反应堆安全性的前提下加快反应堆的启堆速度，保证反应堆的经济性。

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为本发明空间热管冷却反应堆示意图；

图2为空间热管冷却反应堆启动过程示意图；

图3为反应堆电功率串级控制系统图；

图4为冷却剂温度串级控制系统图；

图5为电功率串级控制与电功率控制对比图；

图6为温度提升限值控制逻辑图；

图7为修正系数随冷却剂温度提升速度变化曲线图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

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。

本发明提供了一种空间热管冷却反应堆启动调节方法，在反应堆启动的初始阶段，采用冷却剂温度作为被控量，使冷却剂温度跟随一条同时保证经济性和安全性的设定曲线进行调节。随着冷却剂温度提高到一定值(500K)后，反应堆功率为总功率的30％时，切换至反应堆功率控制，保证反应堆功率平稳上升，且不超过最大提升速度限制，保证反应堆的安全性。当反应堆功率提升至50％以上时，发电模块的发射极温度到达1700～1800K，发电设备开始投运，此时切换至核反应堆电功率控制系统，使用电功率作为被控量进行控制，此时，对于航天器其他设备，只需关心其产生的电功率即可。

本发明一种空间热管冷却反应堆启动调节方法，包括以下步骤：

S1、采用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度分段控制实现反应堆从零功率启动至满功率；

请参阅图1，空间热管冷却反应堆由堆芯产生热量，发电元件通过温差发电的方式，进行热电转换产生电能，产生的乏热通过冷却剂传递至热管，最后通过辐射换热的形式将热量辐射至宇宙空间，通过该热平衡保持发电元件的温差在一定水平维持发电。

S2、在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

请参阅图2，在反应堆启动的初始阶段，冷却剂温度较低，需要尽快提升冷却剂温度以保证反应堆的启动和堆芯的散热，同时升温速度不能过快，防止冷却剂管道热应力变化导致的形变损伤。使用冷却剂温度作为被控量，使冷却剂温度沿着一条同时保证反应堆安全性和经济性的冷却剂温度提升曲线进行提升。

在启动阶段中期，冷却剂温度提升至一定值后，反应堆功率约在30％到50％满功率时，此时堆芯温度不超过1500K，此时关注反应堆功率的提升速率、反应堆周期以及反应堆堆芯温度的变化是否超过限值，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度的平稳上升，保证反应堆的安全性。

在启动阶段后期，当反应堆功率继续提升，发电模块的发射极温度到达1700～1800K开始投入使用，反应堆产生电功率，航天器各用电设备接通电源开始投入运行，此时关注反应堆电功率变化，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率，保证反应堆的经济性。

S3、基于步骤S2的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

由于反应堆的固有特性，冷却剂温度和反应堆电功率对反应性变化的响应较慢，在使用其作为被控量时，具有大延迟和大超调的现象。针对该现象，设计一种串级控制的方式对控制系统进行优化。

请参阅图3，以电功率控制系统作为串级控制外环，核功率控制系统作为串级控制内环，电功率控制系统输出作为内环核功率控制系统的核功率设定值的输入，核功率控制系统驱动控制转鼓，对反应性进行调节，反应性的变化改变反应堆堆芯功率，堆芯功率的变化会改变发电模块发射极温度从而实现电功率的控制。

请参阅图4，冷却剂温度的串级控制系统与电功率类似，以冷却剂温度控制系统作为串级控制外环，核功率控制系统作为串级控制内环，冷却剂温度控制系统输出作为内环核功率控制系统的核功率设定值的输入，核功率控制系统驱动控制转鼓，对反应性进行调节，反应性的变化改变反应堆堆芯功率，堆芯功率的变化会通过传热改变冷却剂温度从而实现控制。

采用串级控制方式对冷却剂温度和反应堆电功率进行控制，提高其响应速度。为保证反应堆的安全性，在反应堆启动过程中设置冷却剂温度提升速度限值，并根据该限值对控制系统输出信号进行保护，减少启动过程中冷却剂温度提升过快导致的安全隐患。

请参阅图5，使用经过整定参数的PID控制器以及使用串级控制方式对反应堆电功率进行控制的控制效果进行对比，图中可以看出，使用串级控制方法对反应堆电功率进行控制时，明显具有更快的响应速度。

S4、在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，严格控制冷却剂温度上升速度，使其不大于60摄氏度每小时，该数值可根据实际反应堆特性和运行需求进行调整。设置冷却剂温度变化速率限值，可防止由于冷却剂温度变化过快导致的热应力变化，造成的应力疲劳损伤反应堆设备。同时可以减少由于反应堆功率上升过快或反应堆周期过小等潜在危险造成停堆的可能性。

请参阅图6，设置反应堆温度提升安全限值，控制冷却剂温度上升速度小于55摄氏度每小时；当冷却剂温度上升速度大于60摄氏度每小时，控制系统修正系数为0，对控制系统输出进行修正；当冷却剂温度上升速度在55～60摄氏度每小时之间时，控制系统修正系数为a，0＜a＜1，对控制系统输出进行修正；当冷却剂温度上升速度小于等于55摄氏度每小时，控制系统修正系数为1，对控制系统输出进行修正。

请参阅图7，当冷却剂温度上升速度在55到60摄氏度每小时之间时，控制系统修正系数a随冷却剂温度上升速度的提升逐渐减少，在越接近60摄氏度每小时的冷却剂温度提升速度时，控制系统修正系数越接近于0，冷却剂温度提升速度越接近55摄氏度每小时，控制系统修正系数越接近1。控制系统修正系数与冷却剂温度提升速度可以是线性关系，也可以设置为正弦函数关系。

本发明再一个实施例中，提供一种空间热管冷却反应堆启动调节系统，该系统能够用于实现上述空间热管冷却反应堆启动调节方法，具体的，该空间热管冷却反应堆启动调节系统包括启动模块、控制模块、优化模块以及调节模块。

其中，启动模块，控制反应堆从零功率启动至满功率；

控制模块，基于启动模块的反应堆启动目标，在启动过程中，根据不同启动阶段所关注的关键参数，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

优化模块，基于控制模块的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

调节模块，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于空间热管冷却反应堆启动调节方法的操作，包括：

控制反应堆从零功率启动至满功率；基于反应堆启动目标，在启动过程中，根据不同启动阶段所关注的关键参数，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；基于反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；根据优化控制，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关空间热管冷却反应堆启动调节方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：

控制反应堆从零功率启动至满功率；基于反应堆启动目标，在启动过程中，根据不同启动阶段所关注的关键参数，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；基于反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；根据优化控制，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

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。

本发明提供的用于空间热管冷却反应堆启动的调节方法包含三种控制方式，分别是反应堆功率控制、反应堆电功率控制以及冷却剂温度控制。针对空间热管冷却反应堆启动过程不同功率水平下的关注的不同参数限制，对三种控制方式进行切换，以同时保证空间热管冷却反应堆启动过程中的安全性和经济性。

本发明提供的空间热管冷却反应堆启动调节方法，在启动过程的初始阶段，冷却剂温度较低，此时针对冷却剂温度的提升速度限值，设置一条同时保证反应堆安全性和经济性的冷却剂温度提升曲线，以冷却剂温度作为被控量对反应堆进行启动控制。在启动的中期阶段，冷却剂温度到达一定值(500K，根据实际需求而定)，反应堆功率在30％满功率时，此时堆芯温度不超过1500K，关注反应堆功率提升速率、反应堆周期以及堆芯温度变化是否超过限值，切换至反应堆功率控制，控制反应堆功率和堆芯温度的平稳上升，保证反应堆堆芯的安全性。在启动过程的后期，此时发电模块已开始工作，反应堆电源设备开始发电，航天器各用电设备接通电源开始运行，此时关注反应堆的发电功率，切换至反应堆电功率控制，保障反应堆的经济性。

考虑到冷却剂温度和反应堆电功率对反应性变化的响应具有较大的时间常数，以其作为被控量对反应堆启动过程进行控制时，会造成大延迟和大超调的现象，这是由于系统特性本身造成的。为解决该问题，本发明提供了一种串级控制方法的设计思路，采用串级控制方法实现以冷却剂温度和反应堆电功率作为被控量的控制系统设计。以冷却剂温度和反应堆电功率作为串级控制系统外环，反应堆功率控制系统作为内环，即可及时响应冷却剂温度和反应堆电功率的目标值的变化。

本发明提供的空间热管冷却反应堆启动调节方法，在反应堆从零功率启动至满功率的过程中，严格控制其冷却剂温度上升速度，使其不大于60摄氏度每小时，该数值可根据实际反应堆运行需求进行调整。设置冷却剂温度变化速率限值，可防止由于冷却剂温度变化过快导致的热应力变化，造成的应力疲劳损伤反应堆设备。同时可以减少由于反应堆功率上升过快或反应堆周期过小等潜在危险造成停堆的可能性。

请参阅图5，一旦冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，在控制系统输出值后乘一系数，以降低控制鼓转动速度，减缓冷却剂温度或其他参数的提升速率，保证反应堆安全。冷却剂温度提升速度降低到指定值后，移除所乘系数，使反应堆继续其启动过程。

综上所述，本发明一种空间热管冷却反应堆启动调节方法及系统，可以控制反应堆的启堆过程，并具有良好的控制效果，同时在保证反应堆安全性的前提下加快反应堆的启堆速度，保证了反应堆的经济性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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)

1.一种空间热管冷却反应堆启动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、控制反应堆从零功率启动至满功率；

S2、基于步骤S1的反应堆启动目标，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

S3、基于步骤S2的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

S4、根据步骤S3的优化控制，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，采用反应堆功率、反应堆电功率和冷却剂温度分段控制实现反应堆从零功率启动至满功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，在反应堆启动的初期，反应堆功率在30％满功率以下时，堆芯温度小于等于1500K，关注反应堆功率的提升速率、反应堆周期以及反应堆堆芯温度的变化，使用冷却剂温度控制，以冷却剂温度作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，在反应堆启动的中期，如果反应堆功率超过30％满功率，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，当反应堆功率提升至50％以上时，反应堆功率继续提升，发电模块的发射极温度到达1700～1800K开始投入使用，发电装置产生电功率，各用电设备接通电源开始投入运行，关注反应堆电功率变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，反应堆电功率作为被控量的优化过程具体为：

以电功率控制系统作为串级控制外环，核功率控制系统作为串级控制内环，电功率控制系统输出作为内环核功率控制系统的核功率设定值的输入，核功率控制系统驱动控制转鼓，对反应性进行调节，反应性的变化改变反应堆堆芯功率，堆芯功率的变化改变发电模块发射极温度，实现电功率的控制。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，冷却剂温度作为被控量的优化过程具体为：

以冷却剂温度控制系统作为串级控制外环，核功率控制系统作为串级控制内环，冷却剂温度控制系统输出作为内环核功率控制系统的核功率设定值的输入，核功率控制系统驱动控制转鼓，对反应性进行调节，反应性的变化改变反应堆堆芯功率，堆芯功率的变化通过传热改变冷却剂温度实现控制。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度小于55摄氏度每小时，控制系统修正系数a为1，对控制系统输出进行修正。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度为55～60摄氏度每小时之间时，控制系统修正系数a满足0＜a＜1，对控制系统输出进行修正。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度大于60摄氏度每小时，控制系统修正系数a为0，对控制系统输出进行修正。

10.一种空间热管冷却反应堆启动调节系统，其特征在于，包括：

启动模块，控制反应堆从零功率启动至满功率；

控制模块，基于启动模块的反应堆启动目标，对启动控制方法进行设计，在反应堆启动的初期，使用冷却剂温度作为被控量；在反应堆启动的中期，反应堆功率在30％～50％满功率时，切换至反应堆功率控制，以反应堆功率作为被控量，控制反应堆功率和堆芯温度上升；在反应堆启动的后期，使用反应堆电功率作为被控量，继续提升反应堆功率；

优化模块，基于控制模块的反应堆启动过程，采用串级控制分别对使用冷却剂温度作为被控量和反应堆电功率作为被控量的控制方式进行优化；

调节模块，在反应堆从零功率至满功率的启动过程中，设置反应堆温度提升安全限值，当冷却剂温度上升速度超过限值，安全系统对反应堆启动的控制系统实施干预，当冷却剂温度提升速度降低到指定值后，反应堆继续启动。

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