CN114233423B - 核电厂供热装置控制系统及方法 - Google Patents

核电厂供热装置控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了核电厂供热装置控制系统及方法，涉及核能供热技术领域，所述核电厂供热装置控制系统包括：第一级压力测量装置、高排压力测量装置、抽汽供热流量测量装置、数据采集模块、核心运算处理模块和信号输出模块；基于上述装置与模块生成抽汽快关调节阀、汽轮机高压缸进汽调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令或确定所述汽轮机负荷值，然后基于所述动作指令或所述汽轮机负荷值控制相关设备。本发明提供的技术方案，对供热装置的手动控制方式进行改进，实现对供热抽汽相关设备的智能调节，提高自动化程度，减少人因失误；通过多控制曲线的无扰切换，避免汽轮机负荷变化造成的参数扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全可靠性。

Description

核电厂供热装置控制系统及方法
技术领域
本申请涉及核能供热技术领域，尤其涉及核电厂供热装置控制系统及方法。
背景技术
我国城市已普遍采用集中供热系统，而采暖能源仍以化石能源为主，难以避免碳氧化物的排放对环境造成影响。核能作为清洁高效稳定的能源，可为用户提供源源不断的热量，核能供热正逐渐成为核能的另一种能源供应型式。
当前核电厂供热系统一般通过手动操作的方法实现抽汽供热参数的调整，由于抽汽量的变化还涉及汽轮机高压缸排压力（以下简称高排压力）及电负荷的同步调整，高排压力的稳定直接关系到汽轮机的运行安全，而电负荷又会直接影响核电厂的发电效益，所以，供热抽汽量的调节是否满足要求至关重要。如果抽汽量通过手动的方式进行，供热负荷的波动时需同步监视及调整抽汽量、高排压力和电负荷多个参数，会增加运行人员的操作负担及人工操作失误的概率，而且手动操作前需要检查各个参数的符合性，热电负荷调整会存在较大的操作时间延迟，系统响应速度慢，从而造成部分发电量的损失并给机组的安全稳定运行带来潜在风险。同时，核电厂供热机组正常运行模式下（非供热季），汽轮机运行在纯凝工况，反应堆与汽轮机负荷协调运行（以下简称堆机协调）一般是通过反应堆功率控制系统自动跟踪汽轮机的第一级压力（代表汽轮机负荷）来实现的，跟踪的依据是汽轮机负荷与第一级压力的函数曲线。在抽汽供热投入运行的情况下，汽轮机负荷与第一级压力的对应关系曲线会随着供热抽汽量的不同而发生偏移。如果还是维持原纯凝工况下的汽轮机负荷与第一级压力的函数曲线运行，会导致堆机协调运行产生负荷匹配误差，而且抽汽量越大，造成的误差越大，影响反应堆系统（一回路）运行参数的稳定性，进而对整个核电机组的安全稳定运行产生潜在的不利影响。
发明内容
本申请提供的核电厂供热装置控制系统及方法，以至少解决相关技术中因人员手动操作存在时间延迟造成的部分发电量的损失及潜在人因操作失误给机组安全稳定运行带来的潜在风险；同时，解决核电厂反应堆与汽轮机负荷匹配误差对核电机组的安全稳定运行产生潜在不利影响的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种核电厂供热装置控制系统，包括：第一级压力测量装置、高排压力测量装置、抽汽供热流量测量装置、数据采集模块、核心运算处理模块和信号输出模块；
所述第一级压力测量装置，用于测量汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
所述高排压力测量装置，用于测量汽轮机高压缸的排汽压力以得到排汽压力信号；
所述抽汽供热流量测量装置，用于测量抽汽供热流量以得到抽汽供热流量信号；
所述数据采集模块，用于采集测量得到所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并将采集的所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号发送到核心运算处理模块；
所述核心运算处理模块，用于接收数据采集模块发送的所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并基于所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成供热装置中各阀门的动作指令或利用接收到的信号确定所述汽轮机负荷值，同时将所述动作指令或汽轮机负荷值发送到信号输出模块；
所述信号输出模块，用于从核心运算处理模块接收所述动作指令或汽轮机负荷值，并将所述动作指令或汽轮机负荷值分别发送至各相关控制系统及设备。
本申请第二方面实施例提出一种核电厂供热装置的控制方法，包括：
获取测量得到的汽轮机第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力信号及抽汽供热流量信号和热网负荷需求对应的抽汽供热流量定值与高排压力定值；
分别利用所述抽汽供热流量定值和所述抽汽供热流量信号确定所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差，利用所述高排压力定值和所述汽轮机高压缸的排汽压力信号确定所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差；
分别基于所述偏差与抽汽供热流量信号对抽汽快关调节阀、汽轮机低压缸进汽调节阀和汽轮机高压缸进汽调节阀进行控制，以达到调节抽汽供热流量、高压缸排汽压力及汽轮机组电负荷的目的。
本申请第三方面实施例提出另外一种核电厂供热装置的控制方法，包括
利用数据采集模块采集所述第一级压力信号和所述供热抽汽流量信号并对所述采集的所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号进行预处理；
基于所述预处理后第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线并确定汽轮机负荷值；
基于所述汽轮机负荷值，通过反应堆功率控制系统对反应堆功率进行调节。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提供了核电厂供热装置控制系统及方法，所述系统包括：第一级压力测量装置、高排压力测量装置、抽汽供热流量测量装置、数据采集模块、核心运算处理模块和信号输出模块；基于上述装置与模块生成抽汽快关调节阀、汽轮机高压缸进汽调节阀和汽轮机低压缸进汽调节阀的动作指令或确定所述汽轮机负荷值，然后基于所述动作指令或所述汽轮机负荷值控制相关系统及设备。本发明提供的技术方案，对手动供热装置的控制方式进行了优化改进，实现供热抽汽相关系统设备的智能化调节，可提高系统自动化程度，减少人因失误，同时通过多运行控制曲线的无扰切换，可避免供热负荷变化期间汽轮机负荷变化对反应堆一回路运行参数的扰动，提高核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统的结构图；
图2为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统的结构图；
图3为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第一种结构图；
图4为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第二种结构图；
图5为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第三种结构图；
图6为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第四种结构图；
图7为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第五种结构图；
图8为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第六种结构图；
图9为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算模块的第七种结构图；
图10为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统的具体应用结构图；
图11为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算处理模块生成供热装置中各阀门动作指令的详细功能框图；
图12为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制系统中核心运算处理模块生成供热装置中确定汽轮机负荷值的详细功能框图；
图13为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中纯凝工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线图；
图14为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中500t/h工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线图；
图15为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂抽汽供热机组堆机协调控制系统中1000t/h工况下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线；
图16为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制方法中生成各阀门动作指令的流程图；
图17为根据本申请一个实施例提供的一种核电厂供热装置控制方法中确定汽轮机负荷值的流程图；
附图标记说明：
第一级压力测量装置1、高排压力测量装置2、抽汽供热流量测量装置3、数据采集模块4、核心运算处理模块5、信号输出模块6、人机接口处理模块7、汽轮机控制器8、核岛蒸汽发生器9、汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10、汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11、抽汽快关调节阀(FCV)12、热网加热器13、反应堆功率控制系统14、核反应堆15、抽汽流量定值生成模块501、供热流量自动调节模块502、手/自动模块503、超迟控制模块504、高排压力定值生成模块505、第一压比低通过阈值模块506、第二压比低通过阈值模块507、触发超迟功能的条件模块508、超迟处理模块509、高排压力调节模块510、前馈模块511、供热流量负荷补偿算法模块512、第一曲线模块513、第二曲线模块514、第三曲线模块515、第一切换模块516、第二切换模块517、第一流量阈值模块518、第二流量阈值模块519、供热投/退指令处理模块520、第一输入端口441、第二输入端口442、第一控制端口443、第三输入端口451、第四输入端口452和第二控制端口453。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的核电厂供热装置控制系统及方法，所述系统包括：第一级压力测量装置1、高排压力测量装置2、抽汽供热流量测量装置3、数据采集模块4、核心运算处理模块5、信号输出模块6及人机接口处理模块7；基于上述装置与模块生成抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10和汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的动作指令或确定所述汽轮机负荷值，然后基于所述动作指令或所述汽轮机负荷值控制现场设备。本发明提供的技术方案，对手动供热装置的控制方式进行了优化改进，实现供热抽汽相关系统设备的智能化调节，可提高系统自动化程度，减少人工原因造成的失误，同时通过多运行控制曲线的无扰切换，可避免供热运行期间汽轮机负荷变化对一回路参数的扰动，提高核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
下面参考附图描述本申请实施例的核电厂供热装置控制系统及方法。
实施例1
图1为本公开实施例所提供的一种核电厂供热装置控制系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：第一级压力测量装置1、高排压力测量装置2、抽汽供热流量测量装置3、数据采集模块4、核心运算处理模块5和信号输出模块6；
所述第一级压力测量装置1，用于测量汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
所述高排压力测量装置2，用于测量汽轮机高压缸的排汽压力以得到排汽压力信号；
所述抽汽供热流量测量装置3，用于测量抽汽供热流量以得到抽汽供热流量信号；
所述数据采集模块4，用于采集测量得到所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并将采集的所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号发送到核心运算处理模块5；
所述核心运算处理模块5，用于接收数据采集模块4发送的所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并基于所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成供热装置中各阀门的动作指令或利用接收到的信号确定所述汽轮机负荷值，同时将所述动作指令或汽轮机负荷值发送到信号输出模块6；
所述信号输出模块6，用于从核心运算处理模块5接收所述动作指令或汽轮机负荷值，并将所述动作指令或汽轮机负荷值发送到现场设备进行控制。
在本公开实施例中，如图2所示，所述核电厂供热装置控制系统还包括：人机接口处理模块7；
所述人机接口处理模块7，用于与核心运算处理模块5进行信息交互，其中，所述信息交互包括：核心运算处理过程中的手动操作、定值输入、信号显示、报警处理及功能投退。
需要说明的是，所述基于所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成供热装置中各阀门的动作指令或利用接收到的信号确定所述汽轮机负荷值之前还包括：
对接收到的所述第一级压力信号、排汽压力信号和抽汽供热流量信号进行预处理；
其中，所述预处理包括：分别对多个通道采集的第一级压力信号、排汽压力信号及抽汽供热流量信号进行三取二冗余处理，并判断所述采集信号对应的量程是否超出预设的量程和判断所述采集信号的值是否大于预先设置的信号阈值，当所述采集信号对应的量程超出预设的量程或所述采集信号的值大于预先设置的信号阈值时发送报警信号到人机接口处理模块7。
在本公开实施例中，如图3所示，所述核心运算处理模块5包括：抽汽流量定值生成模块501、供热流量自动调节模块502和手/自动模块503；
所述抽汽流量定值生成模块501，用于将根据热网负荷需求预设的流量定值或操作人员通过人机接口模块给出的定值发送到供热流量自动调节模块502；
所述供热流量自动调节模块502，用于接收所述抽汽流量定值生成模块501发送的定值，并确定测量得到的抽汽供热流量与所述定值的偏差，然后根据所述偏差进行PID（比例/积分/微分）运算，将所述运算结果发送到手/自动模块503；
所述手/自动模块503，用于接收供热流量自动调节模块502发送的运算结果，并基于所述运算结果控制供热装置中抽汽快关调节阀(FCV)12。
在本公开实施例中，如图4所示，所述核心运算处理模块5还包括：高排压力定值生成模块505和高排压力调节模块510；
所述高排压力定值生成模块505，用于将根据热网负荷需求预设的高排压力定值或操作人员通过人机接口模块给出的定值发送到高排压力调节模块510；
所述高排压力调节模块510，用于接收测量的汽轮机高压缸的排汽压力和高排压力定值生成模块505发送的排汽压力定值，并确定测得的排汽压力和所述定值的偏差，然后根据所述偏差进行PID运算，得到运算结果，并基于所述运算结果控制汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11。
在本公开实施例中，如图5所示，所述核心运算处理模块5还包括：第一压比低通过阈值模块506、第二压比低通过阈值模块507、触发超迟功能的条件模块508、超迟处理模块509和超迟控制模块504；
所述第一压比低通过阈值模块506，用于将测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值与预设的第一压比阈值相比，若所述测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值大于所述预设的第一压比阈值，则所述第一压比低通过阈值模块506向供热流量自动调节模块502发送关闭抽汽快关调节阀(FCV)12的信号，实现抽汽快关调节阀(FCV)12的慢速关闭；
所述第二压比低通过阈值模块507，用于将测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值与预设的第二压比阈值相比，若所述测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值大于所述预设的第二压比阈值，则所述第二压比低通过阈值模块507向超迟处理模块509发送关闭抽汽快关调节阀(FCV)12的信号，实现抽汽快关调节阀(FCV)12的快速关闭；
所述超迟处理模块509，用于接收触发超迟功能的条件模块508发送的信号时，所述超迟处理模块509向超迟控制模块504发送控制指令，其中，所述触发超迟功能的条件包括：供热退出、汽轮机跳闸、OPC动作；
所述超迟控制模块504设置在抽汽快关调节阀(FCV)12的输入端，用于接收超迟处理模块509发送的控制指令，并基于所述控制指令控制抽汽快关调节阀(FCV)12的快速关闭。
需要说明的是，所述第一压比低通过阈值模块506与第二压比低通过阈值模块507的定值不同，后者比前者更低，危害也更严重。当第一压比低通过阈值模块506向供热流量自动调节模块502发送关闭信号后，如果抽汽快关调节阀(FCV)12的慢速关闭动作并没有阻止压比的继续降低，则会继续触发第二压比低通过阈值模块507并通过超迟处理模块509和超迟控制模块504使抽汽快关调节阀(FCV)12快速保护关闭。另外，需说明的是当第二压比低通过阈值模块507动作时，第一压比低通过阈值模块506也会保持动作状态，直至压比值大于阈值模块本身的设定值。
在本公开实施例中，如图6所示，所述核心运算处理模块5还包括：前馈模块511；
所述前馈模块511，用于对测量得到的抽汽供热流量的变化提前做出反应，加快汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的响应。
在本公开实施例中，如图7所示，所述核心运算处理模块5还包括：供热流量负荷补偿算法模块512；
所述供热流量负荷补偿算法模块512，用于计算生成电负荷控制指令，可在保持汽轮机总负荷不变的情况下实现供热量调整的同时自动增减机组电负荷；
其中，供热流量负荷补偿算法模块512输出电负荷的增减指令，并通过信号输出模块6送至汽轮机控制器8来动作汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10，以实现机组电负荷的调整。
在本公开实施例中，如图8所示，所述核心运算模块5还包括：第一曲线模块513、第二曲线模块514、第三曲线模块515、第一切换模块516和第二切换模块517；
所述第一曲线模块513中设置有预先得到的负荷曲线1，用于基于所述负荷曲线1确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
所述第二曲线模块514中设置有预先得到的负荷曲线2，用于基于所述负荷曲线2确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
所述第三曲线模块515中设置有预先得到的负荷曲线3，用于基于所述负荷曲线3确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
所述第一切换模块516，用于接收切换信号并进行预先得到的负荷曲线1与预先得到的负荷曲线2的切换；
所述第二切换模块517，用于接收切换信号并进行预先得到的负荷曲线2与预先得到的负荷曲线3的切换；
其中，所述负荷曲线的个数是基于供热抽汽流量的工况种类确定的，且预先得到的曲线1、曲线2及曲线3均是以反应堆的功率为横坐标，以第一级压力为纵坐标绘制的。
需要说明的是，所述第一切换模块516和第二切换模517块还用于实现切换前后负荷曲线的相互自动跟踪；
所述流量阈值模块的数量与切换模块的数量一致；
其中，所述流量阈值模块的数量是基于供热抽汽流量的工况种类确定的。
在本公开实施例中，如图9所示，所述核心运算模块5还包括：第一流量阈值模块518、第二流量阈值模块519和供热投/退指令处理模块520；
所述第一流量阈值模块518，用于根据测量得到的供热抽汽流量的大小与第一流量阈值模块518中预先设置的阈值相比，若所述测量得到的供热抽汽流量大于所述预先设置的阈值，则所述第一流量阈值模块518向第一切换模块516发送由负荷曲线1切换到负荷曲线2的指令；
所述第二流量阈值模块519，用于根据测量得到的供热抽汽流量的大小与第二流量阈值模块519中预先设置的阈值相比，若所述测量得到的供热抽汽流量大于所述预先设置的阈值，则所述第二流量阈值模块519向第二切换模块517发送由负荷曲线2切换到负荷曲线3的指令；
所述供热投/退指令处理模块520，用于基于运行操作人员发送的供热投/退指令，判断供热装置是否满足供热投入条件，若满足，则发送供热投入指令。
综上所述，本公开实施例提供的控制系统，对手动供热装置的控制方式进行了优化改进，实现供热抽汽相关系统设备的智能化调节，可提高自动化程度，同时通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间反应堆一回路参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
实施例2
基于上述实施例1提供的系统，本实施示出了对供热装置中的抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10和汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的控制过程，所述控制过程包括：如图10所示，首先，通过第一级压力测量装置1测量汽轮机第一级压力，通过高排压力测量装置2测量汽轮机高压缸排汽压力，通过抽汽供热流量测量装置3测量供热抽汽流量；其次，利用数据采集模块4采集测量得到的数据，并发送到核心运算处理模块5，再其次，所述核心运算处理模块5接收所述数据采集模块4发送的信号，然后利用所述核心运算处理模块5接收到的信号生成抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10和汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的动作指令，将所述动作指令发送到信号输出模块6，所述信号输出模块6将所述抽汽快关调节阀(FCV)12的动作指令发送到抽汽快关调节阀(FCV)12进行阀门的控制；所述控制过程还包括，所述人机接口处理模块7接收核心运算处理模块5发送的处理后的信号和在生成动作指令过程中的信息并进行展示；所述信号输出模块6接收核心运算处理模块5发送的动作指令，并将所述动作指令发送到汽轮机控制器8进行控制自动增减电负荷，以实现热-电的联动，或利用接收到的信号确定所述汽轮机负荷值，同时将汽轮机负荷值发送到信号输出模块6，所述信号输出模块6将所述信号发送到反应堆功率控制系统14，所述反应堆功率控制系统14基于接收到的信号控制核反应堆15的热功率，然后核反应堆15一回路冷却剂加热核岛蒸汽发生器9产生蒸汽，主蒸汽经汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10进入汽轮机组的高压缸，再经汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11进入低压缸，经高、低压缸做功后驱动发电机产生电力，高压缸排汽的一部分经过抽汽管道及快关调节阀12后直接进入热网加热器13，热网加热器13对进入其中的供热循环水进行加热，最终通过加热循环水实现对外供热。
在本公开实施例中，所述核心运算处理模块5用于接收所述数据采集模块4发送的信号，然后利用所述信号生成抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10和汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的动作指令包括：如图11所示，图11为核心运算处理模块5内部的详细功能框图，并描述了模块5与模块4、6、7之间的详细关系。参考图11，所述模块5承担着关键的运算处理任务，具体的，将抽汽流量定值生成模块501中根据热网负荷需求预设流量定值或由运行操作人员通过人机接口模块7将操作人员给出的流量定值输入至抽汽流量定值生成模块501中，然后抽汽流量定值生成模块501将所述流量定值送至供热流量自动调节模块502，同时将来自数据采集模块4的抽汽供热流量信号输入至供热流量自动调节模块502，供热流量自动调节模块502会比较实际供热流量与501输入定值的偏差，并根据偏差进行PID（比例/积分/微分）运算，结果作为FCV阀门的动作指令来控制阀门开关，进而调节供热蒸汽流量。其中，FCV阀位指令传送途中还需要经过手/自动模块503和超迟控制模块504，手/自动模块503实现调节回路的手/自动切换功能，自动时，装置输出调节算法模块502的指令，手动时，运行人员可通过人机接口对FCV的阀位进行设定，以实现阀门的手动控制。
进一步的，如图11所示，当超迟处理模块509接收到触发超迟功能的条件模块508发送的信号时，所述超迟处理模块509向超迟控制模块504发送控制指令，进而所述超迟控制模块504接收超迟处理模块509发送的控制指令，将接收到的控制指令发送到信号输出模块6，信号输出模块6接收所述控制指令，并将所述控制指令发送到抽汽快关调节阀(FCV)12，进而控制抽汽快关调节阀(FCV)12。其中，所述触发超迟功能的条件包括：供热退出、汽轮机跳闸、OPC动作。
同时，如图11所示，利用所述模块505确定高排压力定值，并将所述高排压力定值发送到高排压力调节模块510，高排压力调节模块510确定所述定值和测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力的偏差，然后根据所述偏差进行PID运算，输出结果用以控制汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的开度以维持高排压力符合给定值的要求。具体来讲，高排压力调节模块510的控制指令输出与前馈处理模块511的输出相加后的综合指令送至信号输出模块6，通过信号输出模块6送至汽轮机控制器8，来控制汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的开度。其中所述高排压力定值模块505主要是依据第一级压力（代表汽轮机负荷）与高排压力的对应关系或根据来自人机接口模块7的运行人员设定来确定高排压力定值。
需要说明的是，由于ICV的频繁动作可能会带来汽轮机负荷的扰动以及阀门机械部分的磨损，因此高排压力的调节需考虑预设一定死区，具体死区大小视工程实际情况而定并通过现场试验进行修正。
需要说明的是，如图11所示，高排压力对核电汽轮机运行特别是末级叶片的安全至关重要，本发明除了考虑正常调节控制以外，还设计了额外保护回路。为了防止FCV的抽汽流量调节变化过快造成高排压力的波动，增加前馈处理模块511，以加快ICV的响应；同时还考虑了压比保护回路，即通过第一压比低通过阈值模块506和第二压比低通过阈值模块507实现FCV的关闭，避免工况进一步恶化，具体的，当所述测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值大于所述预设的第一压比阈值，则所述第一压比低通过阈值模块506向供热流量自动调节模块502发送关闭抽汽快关调节阀(FCV)12的信号到信号输出模块6，信号输出模块6接收所述关闭抽汽快关调节阀(FCV)12的信号并将所述接收到的信号发送到抽汽快关调节阀(FCV)12，实现抽汽快关调节阀(FCV)12的关闭；当所述测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值大于所述预设的第二压比阈值，则所述第二压比低通过阈值模块507向超迟处理模块509发送关闭抽汽快关调节阀(FCV)12的信号，实现抽汽快关调节阀(FCV)12的关闭。
需要说明的是，如图11所示，当所述抽汽流量的变化时通过供热流量负荷补偿算法模块512计算得出需要自动增减的机组电负荷值，并通过输出模块6送至汽轮机控制器8中自动增减电负荷控制汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10，以实现热-电的联动。
在本公开实施例中，基于上述实施例1提供的系统，本实施示出了对供热装置中确定汽轮机负荷值并对现场设备进行控制的过程包括：如图12所示，首先，通过第一级压力测量装置1测量汽轮机第一级压力，通过抽汽供热流量测量装置3测量供热抽汽流量；其次，利用数据采集模块4采集所述第一级压力、供热抽汽流量，并将所述采集的信号发送到核心运算处理模块5；再其次，所述核心运算处理模块5用于接收数据采集模块4发送的第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力和抽汽供热流量信号，利用接收到的所述信号确定汽轮机负荷值，将所述负荷值发送到人机接口处理模块7及信号输出模块6；然后，所述人机接口处理模块7用于接收核心运算处理模块5发送的负荷值进行展示，所述信号输出模块6用于接收核心运算处理模块5发送的汽轮机负荷值将所述汽轮机负荷值发送到反应堆功率控制系统14，最后，反应堆功率控制系统14基于所述负荷值控制核反应堆15冷却剂进入蒸汽发生器9，蒸汽发生器是核电站一回路和二回路的连接桥梁(蒸汽发生器传热管一侧是容纳反应堆冷却剂的一回路，另一侧是常规岛冷却水的二回路)，反应堆冷却剂在蒸汽发生器中加热二回路水的同时也带走一回路的热量，冷却了反应堆堆芯，二回路水在蒸汽发生器内加热后蒸汽发生器出口生成主蒸汽，主蒸汽进入汽轮机组的高压缸中经高压缸做功，驱动发电机产生电力，高压缸排汽的一部分经过抽汽管道及快关调节阀12后直接进入热网加热器13，热网加热器13对进入其中的供热循环水进行加热，最终通过加热循环水实现对外供热。
在本公开实施例中，所述核心运算处理模块5用于接收数据采集模块4发送的第一级压力信号和抽汽供热流量信号，利用接收到的所述信号确定汽轮机负荷值包括：如图12所示，图12为核心运算处理模块5内部的详细功能框图，并描述了模块5与模块4、7的详细关系。参考图12，模块5承担着关键的运算处理任务，来自数据采集模块4的汽轮机第一级压力信号同时送至第一曲线模块513、第二曲线模块514、第三曲线模块515，其中，第一曲线模块513中设置有纯凝曲线即曲线1，第二曲线模块514中设置有曲线2，第三曲线模块515中设置有曲线3；需要说明的是本实例提供的三条曲线，其中一条曲线代表纯凝曲线（纯凝工况下的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线），另外两条曲线分别代表两种抽汽流量工况（比如500t/h及1000t/h）下对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线，抽汽流量工况的选择需要综合考虑最大抽汽量以及负荷曲线偏差的影响而计算确定。曲线的输入端是汽轮机第一级压力，输出为根据曲线进行线性转换而来的汽轮机负荷值。
进一步的，如图12所示，纯凝曲线及曲线1的切换选取是通过第一切换模块516完成的，第一输入端口441及第二输入端口442分别代表第一切换模块516的两个输入（分别来自两个曲线的输出），第一控制端口443为第一切换模块516的控制端，当第一控制端口443为逻辑“0”时第一切换模块516会输出纯凝曲线的负荷值，当第一控制端口443为逻辑“1”时第一切换模块516会输出第二曲线模块514曲线的负荷值，为了避免第一输入端口441和第二输入端口442互相切换过程中的扰动，第一切换模块516可以实现两个输入端数据的相互跟踪，确保切换过程中的无扰。比如，第一切换模块516处在第一输入端口441运行时，第二输入端口442就自动跟踪第一输入端口441的值，一旦第一切换模块516检测到第一控制端口443为逻辑“1”时，就快速由第一输入端口441切换到第二输入端口442运行，由于第二输入端口442一直在跟踪第一输入端口441的值，所以切换的瞬间第一切换模块516的输出不变，切换之后其输出会以预设定好的速率（比如5%/min，具体根据工程实际情况而定）由第一输入端口441的值缓慢变化到第二输入端口442，反之亦然。
进一步的，如图12所示，第二切换模块517的动作原理同第一切换模块516，第二切换模块517用来选择系统是在曲线2还是曲线3运行。第一切换模块516和第二切换模块517的切换指令分别来自第一流量阈值模块518和第二流量阈值模块519，切换指令产生的原理举例解释如下：
假设3条曲线分别是纯凝工况、抽汽量500t/h及1000t/h三种工况分别对应的第一级压力与汽轮机负荷关系曲线，如图13、图14及图15所示，此时的第一流量阈值模块518设定值假设为大于250t/h动作, 第二流量阈值模块519设定值为大于750t/h动作，动作过程实例为：机组投入抽汽供热时，首先由运行操作人员通过人机接口模块7发出供热投/退指令，该供热指令进入投/退指令处理模块520进一步计算处理，如果满足供热投入的条件（已准备就绪），则投/退指令处理模块520输出“1”，代表供热投入。当抽汽供热流量在低于250t/h时，第一流量阈值模块518和第二流量阈值模块519均不动作，第一控制端口443与第二控制端口453的值均为“0”，使第一切换模块516和第二切换模块517分别将第一输入端口441和第三输入端口451的值进行输出，这样纯凝曲线的汽轮机负荷值被输出；当抽汽供热流量在大于250t/h且小与750t/h时，第一流量阈值模块518动作输出“1”，由于此时投/退指令处理模块520输出也为“1”，第二流量阈值模块519取“非”运算后也为“1”，所以第一流量阈值模块518之后的“与”逻辑门输出“1”，这样第一切换模块516对应的第一控制端口443为“1”，使第一切换模块516从第一输入端口441切换至端口第二输入端口442，即由纯凝曲线切换至500t/h曲线运行；同理，当抽汽供热流量在大于750t/h时，第二流量阈值模块519动作输出“1”，由于此时投/退指令处理模块520输出也为“1”，所以第二流量阈值模块519之后的“与”逻辑门输出“1”，这样第二切换模块517对应的第二控制端口453为1，使第二切换模块517的输出由第三输入端口451切换至第四输入端口452，会由500t/h曲线切换至1000t/h曲线运行。该智能装置除了可以根据不同的抽汽供热流量，自动完成负荷匹配曲线的选取外，还能够在人机界面上实时显示当前系统处于哪条曲线运行，方便运行人员监控。
综上所述，本公开实施例提供的控制系统，实现了对供热抽汽相关系统设备、高压缸排汽压力及汽轮机电负荷等的智能化调节，减少人因失误概率，提高了自动化程度以及设备操作的可靠性、安全性，而且系统调节方式灵活、响应快速，使供热机组的运行更加安全、高效、经济，同时，本实施例提供的控制系统，也较大程度地降低了原单根曲线造成的系统运行参数误差，提高了核电机组供热期间核岛系统运行的稳定性。同时，通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间核反应堆一回路参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
实施例3
如图16所示，基于实施例2中提供的系统对应的控制供热装置中的抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10和汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11的方法包括：
步骤1：获取测量得到的汽轮机第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力信号及抽汽供热流量信号和热网负荷需求对应的抽汽供热流量定值与高排压力定值；
步骤2：分别利用所述抽汽供热流量定值和所述抽汽供热流量信号确定所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差，利用所述高排压力定值和所述汽轮机高压缸的排汽压力信号确定所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差；
步骤3：分别基于所述偏差与抽汽供热流量信号对抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11和汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10进行控制。
在本公开实施例中，所述分别基于所述偏差与抽汽供热流量信号对抽汽快关调节阀(FCV)12、汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11和汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10进行控制，包括：
基于所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差对抽汽快关调节阀(FCV)12进行控制；
基于所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差对汽轮机低压缸进汽调节阀（ICV）11进行控制；
基于抽汽供热流量信号确定需要自动增减的机组电负荷值对汽轮机高压缸进汽调节阀（GV）10进行控制。
综上所述，本公开实施例提供的控制方法，实现了对供热抽汽相关系统设备、高压缸排汽压力及汽轮机电负荷等的智能化调节，减少了手动操作的人因失误概率，提高了自动化程度以及设备操作的可靠性、安全性，而且系统调节方式灵活、响应快速，使供热机组的运行更加安全、高效、经济。
实施例4
如图17所示，基于实施例2中提供的系统对应的控制供热装置中汽轮机负荷的方法包括：
步骤B1：利用数据采集模块4采集所述第一级压力信号和所述供热抽汽流量信号并对所述采集的所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号进行预处理；
步骤B2：基于所述预处理后第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线并确定汽轮机负荷值；
步骤B3：基于所述汽轮机负荷值对反应堆一回路的功率进行调节。
在本公开实施例中，所述基于所述采集的预处理后的汽轮机第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线并确定汽轮机负荷值，包括：
根据预先设置的供热抽汽流量阈值和采集的供热抽汽流量信号的大小确定阈值模块输出的切换指令；
基于所述切换指令选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线，并确定所述第一级压力信号对应的汽轮机负荷值。
在本公开实施例中，所述负荷曲线是基于供热抽汽流量的工况确定的。
综上所述，本实施例提供的控制方法，降低了系统运行参数误差，提高了核电机组供热期间核岛系统运行的稳定性，同时，通过多运行控制曲线的无扰切换，避免了供热负荷变化期间反应堆一回路参数的扰动，提高了核电机组供热期间运行的安全性、可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种核电厂供热装置控制系统，其特征在于，包括：第一级压力测量装置、高排压力测量装置、抽汽供热流量测量装置、数据采集模块、核心运算处理模块和信号输出模块；
所述第一级压力测量装置，用于测量汽轮机的第一级压力以得到第一级压力信号；
所述高排压力测量装置，用于测量汽轮机高压缸的排汽压力以得到排汽压力信号；
所述抽汽供热流量测量装置，用于测量抽汽供热流量以得到抽汽供热流量信号；
所述数据采集模块，用于采集测量得到所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并将采集的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号发送到核心运算处理模块；
所述核心运算处理模块，用于接收数据采集模块发送的所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号，并基于所述第一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成供热装置中各阀门的动作指令或利用接收到的信号确定汽轮机负荷值，同时将所述动作指令或汽轮机负荷值发送到信号输出模块；
所述信号输出模块，用于从核心运算处理模块接收所述动作指令或汽轮机负荷值，并将所述动作指令或汽轮机负荷值发送到现场设备进行控制；
所述核心运算处理模块包括：抽汽流量定值生成模块、供热流量自动调节模块和手/自动模块；
所述抽汽流量定值生成模块，用于将根据热网负荷需求预设的流量定值或操作人员通过人机接口模块给出的定值发送到供热流量自动调节模块；
所述供热流量自动调节模块，用于接收所述抽汽流量定值生成模块发送的定值，并确定测量得到的抽汽供热流量与所述定值的偏差，然后根据所述偏差进行PID运算，将运算结果发送到手/自动模块；
所述手/自动模块，用于接收供热流量自动调节模块发送的运算结果，并基于所述运算结果控制供热装置中抽汽快关调节阀FCV。
2.如权利要求1所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，还包括：人机接口处理模块；
所述人机接口处理模块，用于与核心运算处理模块进行信息交互；
其中，所述信息交互包括：核心运算处理过程中的手动操作指令、定值输入、信号显示、报警处理及功能投退。
3.如权利要求2所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述基于所述一级压力信号、所述排汽压力信号和所述抽汽供热流量信号生成供热装置中各阀门的动作指令或利用接收到的信号确定所述汽轮机负荷值之前还包括：
对接收到的所述第一级压力信号、排汽压力信号和抽汽供热流量信号进行预处理；
其中，所述预处理包括：分别对多个通道采集的第一级压力信号、排汽压力信号及抽汽供热流量信号进行三取二冗余处理，并判断采集信号对应的量程是否超出预设的量程和判断所述采集信号的值是否大于预先设置的信号阈值，当所述采集信号对应的量程超出预设的量程或所述采集信号的值大于预先设置的信号阈值时发送报警信号到人机接口处理模块。
4.如权利要求2所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述核心运算处理模块还包括：高排压力定值生成模块和高排压力调节模块；
所述高排压力定值生成模块，用于将根据汽轮机的设计要求预设的高排压力定值或操作人员通过人机接口模块给出的定值发送到高排压力调节模块；
所述高排压力调节模块，用于接收测量的汽轮机高压缸的排汽压力和高排压力定值生成模块发送的排汽压力定值，并确定测得的排汽压力和所述定值的偏差，然后根据所述偏差进行PID运算，得到运算结果，并基于所述运算结果控制汽轮机低压缸进汽调节阀ICV。
5.如权利要求1所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述核心运算处理模块还包括：第一压比低通过阈值模块、第二压比低通过阈值模块、触发超迟功能的条件模块、超迟处理模块和超迟控制模块；
所述第一压比低通过阈值模块，用于将测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值与预设的第一压比阈值相比，若所述测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值大于所述预设的第一压比阈值，则所述第一压比低通过阈值模块向供热流量自动调节模块发送关闭抽汽快关调节阀的信号，实现抽汽快关调节阀的关闭；
所述第二压比低通过阈值模块，用于将测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值与预设的第二压比阈值相比，若所述测量得到的汽轮机高压缸的排汽压力和测量得到的第一级压力信号的比值大于所述预设的第二压比阈值，则所述第二压比低通过阈值模块向超迟处理模块发送关闭抽汽快关调节阀的信号，实现抽汽快关调节阀的快速关闭；
所述超迟处理模块，用于接收触发超迟功能的条件模块发送的信号时，所述超迟处理模块向超迟控制模块发送控制指令，其中，所述触发超迟功能的条件包括：供热退出、汽轮机跳闸、OPC动作；
所述超迟控制模块设置在抽汽快关调节阀的输入端，用于接收超迟处理模块发送的控制指令，并基于所述控制指令控制抽汽快关调节阀。
6.如权利要求4所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述核心运算处理模块还包括：前馈模块；
所述前馈模块，用于对测量得到的抽汽供热流量的变化提前做出反应，使汽轮机低压缸进汽调节阀ICV提前动作，以便快速调节高排压力。
7.如权利要求1所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述核心运算处理模块还包括：供热流量负荷补偿算法模块；
所述供热流量负荷补偿算法模块，用于计算生成控制指令并在保持汽轮机总负荷不变的情况下，供热量调整的同时自动增减机组电负荷；
其中，电负荷的增减是通过汽轮机控制器动作汽轮机高压缸进汽调节阀GV来完成的。
8.如权利要求1所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述核心运算模块还包括：第一曲线模块、第二曲线模块、第三曲线模块、第一切换模块和第二切换模块；
所述第一曲线模块中设置有预先得到的负荷曲线1，用于基于所述负荷曲线1确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
所述第二曲线模块中设置有预先得到的负荷曲线2，用于基于所述负荷曲线2确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
所述第三曲线模块中设置有预先得到的负荷曲线3，用于基于所述负荷曲线3确定测量得到的第一级压力对应的汽轮机负荷值；
所述第一切换模块，用于接收切换信号并进行预先得到的负荷曲线1与预先得到的负荷曲线2的切换；
所述第二切换模块，用于接收切换信号并进行预先得到的负荷曲线2与预先得到的负荷曲线3的切换；
其中，所述负荷曲线的个数是基于供热抽汽流量的工况种类确定的。
9.如权利要求8所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述核心运算模块还包括：
第一流量阈值模块、第二流量阈值模块和供热投/退指令处理模块；
所述第一流量阈值模块，用于根据测量得到的供热抽汽流量的大小与第一流量阈值模块中预先设置的阈值相比，若所述测量得到的供热抽汽流量大于所述预先设置的阈值，则所述第一流量阈值模块向第一切换模块发送由负荷曲线1切换到负荷曲线2的指令；
所述第二流量阈值模块，用于根据测量得到的供热抽汽流量的大小与第二流量阈值模块中预先设置的阈值相比，若所述测量得到的供热抽汽流量大于所述预先设置的阈值，则所述第二流量阈值模块向第二切换模块发送由负荷曲线2切换到负荷曲线3的指令；
所述供热投/退指令处理模块，用于基于运行操作人员发送的供热投/退指令，判断供热装置是否满足供热投入条件，若满足，则发送供热投入指令。
10.如权利要求8所述的核电厂供热装置控制系统，其特征在于，所述第一切换模块和第二切换模块还用于实现切换前后负荷曲线的相互自动跟踪；
流量阈值模块的数量与切换模块的数量一致；
其中，所述流量阈值模块的数量是基于供热抽汽流量的工况种类确定的。
11.基于上述权利要求1-7任一项所述的核电厂供热装置控制系统的核电厂供热装置的控制方法，其特征在于，包括：
获取测量得到的汽轮机第一级压力信号、汽轮机高压缸的排汽压力信号及抽汽供热流量信号和热网负荷需求对应的抽汽供热流量定值与高排压力定值；
分别利用所述抽汽供热流量定值和所述抽汽供热流量信号确定所述抽汽供热流量信号与所述抽汽供热流量定值的偏差，利用所述高排压力定值和所述汽轮机高压缸的排汽压力信号确定所述排汽压力信号与所述高排压力定值的偏差；
分别基于所述偏差与抽汽供热流量信号对抽汽快关调节阀、汽轮机低压缸进汽调节阀和汽轮机高压缸进汽调节阀进行控制。
12.基于上述权利要求1-3、8-10任一项所述的核电厂供热装置控制系统的核电厂供热装置的控制方法，包括：
利用数据采集模块采集所述第一级压力信号和所述抽汽供热 流量信号并对所述采集的所述第一级压力信号和所述抽汽供热流量信号进行预处理；
基于所述预处理后第一级压力信号和供热抽汽流量信号选择供热抽汽流量匹配的负荷曲线并确定汽轮机负荷值；
基于所述汽轮机负荷值对反应堆功率进行调节。
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