CN115614112A - 核电厂汽轮发电机电功率控制方法及系统 - Google Patents

核电厂汽轮发电机电功率控制方法及系统 Download PDF

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CN115614112A CN202211242466.3A CN202211242466A CN115614112A CN 115614112 A CN115614112 A CN 115614112A CN 202211242466 A CN202211242466 A CN 202211242466A CN 115614112 A CN115614112 A CN 115614112A
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Abstract

本发明公开了一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法及系统，该方法包括：S10、采集核电厂中的一回路的实时热功率；S20、基于滑动平均法，计算出实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率；S30、对实时滑动热功率和实时热功率进行前端发热量计算处理，得到前端实际发热量；S40、根据预设目标平均热功率、实时滑动热功率和前端实际发热量进行发热量预测运算，得到预测发热量；S50、基于预测发热量进行转换及效率校正运算，得到用于控制汽轮发电机电功率的电功率给定值，并返回到S10；实施本发明可以有效增加核电厂的发电效率，提高核电厂经济效益，将原先的操纵员手动控制变为自动调节，减轻了操纵员工作负担，降低了引起超出运行技术规范的风险。

Description

核电厂汽轮发电机电功率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及核电仪控技术领域，尤其涉及一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法及系统。
背景技术
对于当前核电厂，当汽轮发电机电功率给定后，机组热效率在实时变化(如海水温度低热效率高，反之热效率低)；由于电功率为闭环控制，所以当热效率降低后一回路实时热功率会对应增加，当热效率升高后一回路实时热功率会对应减小，从而导致一回路实时热功率和实时滑动热功率(实时滑动热功率是指对任何连续设定时间内的核电厂一回路实时热功率的平均值)均在变化。为避免核电厂超出技术规范运行，操纵员必须适当降低电功率给定值，以使一回路的热功率留有一定裕度；同时，在热效率变高后(裕度变大)，为提升经济性操纵员又会适当增加电功率给定值。这样会产生两个后果：1、一天当中，操纵员需多次手动调整电功率给定值；2、一回路的热功率裕度未被有效利用，导致经济性并非最佳。并且经验证，在同时满足8小时内的实时热功率超限累计时长不超时、8小时实时滑动热功率不超限、执行机构动作次数少、充分利用热功率裕度提升经济性的前提下，使用传统PID控制极其难以控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法，包括以下步骤：
S10、采集核电厂中的一回路的实时热功率；
S20、基于滑动平均法，计算出所述实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率；
S30、对所述实时滑动热功率和所述实时热功率进行前端发热量计算处理，得到前端实际发热量；
S40、根据预设目标平均热功率、所述实时滑动热功率和所述前端实际发热量进行发热量预测运算，得到预测发热量；
S50、基于所述预测发热量进行转换及效率校正运算，得到用于控制所述汽轮发电机电功率的电功率给定值，并返回到所述S10。
优选的，所述S30中，所述前端发热量计算处理包括：
S301、基于滑动平均法，计算出所述实时热功率在第三设定时间内的第二滑动热功率；其中，所述第三设定时间等于所述第一设定时间减去第二设定时间的差值；
S302、所述实时滑动热功率乘以所述第一设定时间，得到第一发热量；
S303、所述第二滑动热功率乘以所述第三设定时间，得到第二发热量；
S304、所述第一发热量减去所述第二发热量，得到所述前端实际发热量。
优选的，在所述S40中，所述预测发热量的表达式为：
Figure BDA0003885292540000021
其中，Zm为所述预测发热量，
Figure BDA0003885292540000031
为所述预设目标平均热功率，
Figure BDA0003885292540000032
为所述实时滑动热功率，T为所述第一设定时间，Xm为所述前端实际发热量。
优选的，在所述S50中，所述电功率给定值的表达式为：
Figure BDA0003885292540000033
其中，Ps为所述电功率给定值，Zm为所述预测发热量，△t为第二设定时间，k为热效率因子。
优选的，所述S50还包括：
采集所述汽轮发电机的实时电功率；
对所述实时热功率和实时电功率中相同时刻的数据进行除法运算，得到比例数据；
基于滑动平均法，计算出所述比例数据在所述第二设定时间内的滑动比例系数，所述滑动比例系数为所述热效率因子。
优选的，所述S50还包括：
基于设定周期将所述电功率给定值发送至所述汽轮发电机的功率控制器；其中，所述设定周期等于第二设定时间。
优选的，所述S50还包括：
判断所述实时滑动热功率是否超出预设超调带，若是则将所述设定周期设置为所述第二设定时间的二分一，否则将所述设定周期设置为所述第二设定时间。
优选的，在所述S50中，所述预设超调带的幅值为1MW。
优选的，所述核电厂汽轮发电机电功率控制方法还包括：
S11、若在所述第一设定时间内所述实时热功率大于设定预警值的累计时长超过设定预警时间，则使所述电功率给定值失效，并立即降低所述一回路的热功率。
本发明还构造了一种核电厂汽轮发电机电功率控制系统，包括：
热功率采集单元，用于采集核电厂中的一回路的实时热功率；
第一运算单元，用于基于滑动平均法计算出所述实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率；
第二运算单元，用于对所述实时滑动热功率和所述实时热功率进行前端发热量计算处理，以输出前端实际发热量；
第三运算单元，用于根据预设目标平均热功率、所述实时滑动热功率和所述前端实际发热量进行发热量预测运算，以输出预测发热量；所述预测发热量用于表征汽轮发电机此后的第二设定时间内所需实际发热量；
第四运算单元，用于基于所述预测发热量进行转换及效率校正运算，以输出用于控制所述汽轮发电机电功率的电功率给定值。
优选的，所述第二运算单元包括：第一滑动平均模块、第一乘法器、第二乘法器和第一减法器；
所述第一滑动平均模块的输入端与所述热功率采集单元连接以接收所述实时热功率，所述第一滑动平均模块的周期设定端用于接收第三设定时间，所述第一滑动平均模块的输出端输出第二滑动热功率；其中，所述第三设定时间等于所述第一设定时间减去第二设定时间的差值；
所述第一乘法器的第一输入端连接所述第一运算单元，所述第一乘法器的第二输入端用于接收所述第一设定时间；
所述第二乘法器的输入端连接所述第一滑动平均模块的输出端，所述第二乘法器的第二输入端用于接收所述第三设定时间；
所述第一减法器的被减数输入端连接所述第一乘法器的输出端，所述第一减法器的减数输入端连接所述第二乘法器的输出端，所述第一减法器的输出端输出所述前端实际发热量。
优选的，所述第三运算单元包括：第二减法器、第三乘法器和第一加法器；
所述第二减法器的被减数输入端用于接收预设目标平均热功率，所述第二减法器的减数输入端连接所述第一运算单元；
所述第三乘法器的第一输入端连接所述第二减法器的输出端，所述第三乘法器的第二输入端用于接收所述第一设定时间；
所述第一加法器的第一输入端连接所述第三乘法器的输出端，所述第一加法器的第二输入端连接所述第二运算单元以接收所述前端实际发热量，所述第一加法器的输出端输出所述预测发热量。
优选的，所述第四运算单元包括：第一除法器、效率校正单元和第四乘法器；
所述第一除法器的被除数输入端连接所述第三运算单元以接收所述预测发热量，所述第一除法器的除数输入端用于接收第二设定时间；
所述第四乘法器的第一输入端连接所述第一除法器的输出端，所述第四乘法器的第二输入端连接所述效率校正单元以接收所述效率校正单元输出的热效率因子，所述第四乘法器的输出端输出所述电功率给定值。
优选的，所述效率校正单元包括：电功率采集单元、第二除法器和第二滑动平均模块；
所述电功率采集单元用于采集所述汽轮发电机的实时电功率；
所述第二除法器的被除数输入端连接所述电功率采集单元以接收所述实时电功率，所述第二除法器的除数输入端连接所述热功率采集单元以接收所述实时热功率；
所述第二滑动平均模块的输入端连接所述第二除法器的输出端，所述第二滑动平均模块的周期设定端用于接收所述第二设定时间，所述第二滑动平均模块的输出端输出所述热效率因子。
优选的，所述核电厂汽轮发电机电功率控制系统还包括：定时设定单元；
所述定时设定单元用于基于设定周期将所述电功率给定值发送至所述汽轮发电机的功率控制器。
优选的，所述定时设定单元包括：指令单元和第一选择模块；
所述指令单元用于在所述实时滑动热功率不超出预设超调带时，每经过所述第三设定时间输出选择指令并持续一定时间；在所述实时滑动热功率超出预设超调带时，则每经过第五设定时间输出所述选择指令并持续一定时间；其中，所述第五设定时间等于第三设定时间的二分之一；
所述第一选择模块的第一选择输入端与所述第四运算单元连接以接收所述电功率给定值，所述第一选择模块的第二选择输入端与所述第一选择模块的输出端连接，所述第一选择模块的输出端可连接所述汽轮发电机的功率控制器，所述第一选择模块的选择端连接所述指令单元以接收所述选择指令。
优选的，所述指令单元包括：第一比较器、第二比较器、第一或门、非门、与门、第二或门、第一脉冲模块、第二脉冲模块和第三脉冲模块；
所述第一比较器的同相输入端连接所述第一运算单元以接收所述实时滑动热功率，所述第一比较器的反相输入端用于接收所述预设超调带的上限值；
所述第二比较器的同相输入端用于接收所述预设超调带的下限值，所述第二比较器的反相输入端连接所述第一运算单元以接收所述实时滑动热功率；
所述第一或门的第一输入端连接所述第一比较器的输出端，所述第一或门的第二输入端连接所述第二比较器的输出端，所述第一或门的输出端通过所述非门连接至所述与门的第一输入端；
所述第一脉冲模块的使能端用于接收高电平，所述第一脉冲模块的周期设定端用于接收所述第二设定时间，所述第一脉冲模块的输出端连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接所述第二或门的第一输入端；
所述第二脉冲模块的使能端连接所述第一比较器的输出端，所述第二脉冲模块的周期设定端用于接收所述第五设定时间，所述第二脉冲模块的输出端连接所述第二或门的第二输入端；
所述第三脉冲模块的使能端连接所述第二比较器的输出端，所述第三脉冲模块的周期设定端用于接收所述第五设定时间，所述第三脉冲模块的输出端连接所述第二或门的第三输入端；
所述第二或门的输出端输出所述选择指令。
优选的，所述核电厂汽轮发电机电功率控制系统还包括：紧急降热功率单元；
所述紧急降热功率单元，用于在所述第一设定时间内所述实时热功率大于设定预警值的累计时长超过设定预警时间时，输出用于使所述电功率给定值失效及降低所述一回路的热功率的急停降温指令。
优选的，所述核电厂汽轮发电机电功率控制系统还包括计时单元，其包括：第三比较器、第四脉冲模块、计数模块、第四比较器和第二选择模块；
所述第三比较器的同相输入端连接所述热功率采集单元以接收实时热功率，所述第三比较器的反相输入端用于接收设定预警值，所述第三比较器的输出端连接所述计数模块的第一输入端，第所述第四脉冲模块的使能端用于接收高电平，所述第四脉冲模块的周期设定端用于接收所述第一设定时间，所述第四脉冲模块的输出端连接所述计数模块的第二输入端，所述计数模块的输出端连接所述第四比较器的同相输入端和所述第二选择模块的第一选择输入端，所述第四比较器的反相输入端连接所述第二选择模块的输出端，所述第四比较器的输出端连接所述第二选择模块的选择端，所述第二选择模块的第二选择输入端连接所述第二选择模块的输出端，所述第二选择模块的输出端作为累计时间输出端连接所述紧急降热功率单元。
本发明至少具有以下有益效果：提供一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法；该方法包括：S10、采集核电厂中的一回路的实时热功率；S20、基于滑动平均法，计算出实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率；S30、对实时滑动热功率和实时热功率进行前端发热量计算处理，得到前端实际发热量；S40、根据预设目标平均热功率、实时滑动热功率和前端实际发热量进行发热量预测运算，得到预测发热量；S50、基于预测发热量进行转换及效率校正运算，得到用于控制汽轮发电机电功率的电功率给定值，并返回到S10。实施本发明可以有效增加核电厂的发电效率，提高核电厂经济效益，并在满足核电厂运行技术规范的前提下，将原先的操纵员手动控制变为自动调节，减轻了操纵员工作负担，同时极大降低了操纵员频繁手动调节电功率给定值引起超出运行技术规范的风险，还极大减少执行机构动作次数，减少对执行机构的机械磨损，对提高机组的设备寿命和稳定性起到积极作用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的核电厂汽轮发电机电功率控制方法的流程图；
图2是本发明提供的核电厂汽轮发电机电功率控制方法中的步骤S30的流程图；
图3是本发明提供的一回路的实时热功率的采集曲线示例图一；
图4是本发明提供的一回路的实时热功率的采集曲线示例图二；
图5是本发明提供的核电厂汽轮发电机电功率控制系统的结构示意图一；
图6是本发明提供的核电厂汽轮发电机电功率控制系统的结构示意图二；
图7是本发明提供的核电厂汽轮发电机电功率控制系统的结构示意图三；
图8是本发明提供的核电厂汽轮发电机电功率控制系统中的计时单元的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，本发明提供了一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法，该控制方法包括：步骤S10、步骤S20、步骤S30、步骤S40和步骤S50。
步骤S10包括：采集核电厂中的一回路的实时热功率。需要说明的是，实时热功率包含了功率值和采集时的时刻，为后续步骤作准备。
步骤S20包括：基于滑动平均法，计算出实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率。
具体的，执行步骤S20可以求出第一设定时间前到此刻，一回路的实时热功率的平均值。需要说明的是，原则上，第一设定时间越小，有利于准确监控一回路的实时热功率，对提高汽轮发电机电功率的控制准确度起到积极作用，但会使设备损耗及老化就更快，因此，第一设定时间需要根据核电厂的设备性能及状态进行设定。一些实施例中，第一设定时间可以为8小时。
步骤S30包括：对实时滑动热功率和实时热功率进行前端发热量计算处理，得到前端实际发热量；前端实际发热量用于表征一回路从第一设定时间的起始时刻至第二设定时间内所产生的总热量。
具体的，由于实时滑动热功率是基于滑动平均法计算得到的，因此距离采集时刻越久的实时热功率会被最先挤出去，也就是说，前端实际发热量对应为即将被推出去第二设定时间的那部分热量。
一些实施例，如图2所示，步骤S30中，前端发热量计算处理包括：步骤S301、步骤S302、步骤S303和步骤S304。
步骤S301包括：基于滑动平均法，计算出实时热功率在第三设定时间内的第二滑动热功率；其中，第三设定时间等于第一设定时间减去第二设定时间的差值。
步骤S302包括：实时滑动热功率乘以第一设定时间，得到第一发热量。
步骤S303包括：第二滑动热功率乘以第三设定时间，得到第二发热量。
步骤S304包括：第一发热量减去第二发热量，得到前端实际发热量。
具体的，如图3所示，步骤S301至步骤S304的计算原理是：执行步骤S301相当于求出第三设定时间前到此刻(即t1-t3)，一回路的实时热功率的平均值；执行步骤S303相当于求出此前的第一设定时间内(即t0-t3)，一回路的总发热量X(即第一发热量)；执行步骤S303相当于求出此前第三设定时间内(即t1-t3)，一回路的发热量Y(第二发热量)；由于第三设定时间等于第一设定时间减去第二设定时间的差值，因此第一发热量减去第二发热量得到的发热量相当于是一回路从第一设定时间的起始时刻至第二设定时间内(即t0-t1)所产生的总热量Z(前端实际发热量)。
步骤S40包括：根据预设目标平均热功率、实时滑动热功率和前端实际发热量进行发热量预测运算，得到预测发热量；预测发热量用于表征汽轮发电机此后的第二设定时间内所需实际发热量；
图4为某机组的一回路的实时热功率采集曲线。参考图4，先假定预设目标平均热功率为
Figure BDA0003885292540000111
第一设定时间为T，Pt为实时热功率测量函数，因此可以得到：
Figure BDA0003885292540000112
对于已经发生的第一设定时间段(t0-t3)而言，即将被挤出去的第二设定时间段(t0-t1)的热功率总值为x1，而x1可结合已采集到实时热功率计算得到：
Figure BDA0003885292540000113
对于下一个即将发生的第一设定时间(t1-t4)对应的实时滑动热功率为
Figure BDA0003885292540000114
可得：
Figure BDA0003885292540000115
对于即将进入的第二设定时间段(t3-t4)，其目标发热总量为z1,如果要使
Figure BDA0003885292540000116
则z1＝x1。虽然即将进入的时间段(t3-t4)，会以z1为目标值进行控制，但受机组热效率变化的影响，时间段(t3-t4)实际的热功率总值为y1，而z1和y1不一定相等，从而导致
Figure BDA0003885292540000117
和
Figure BDA0003885292540000118
也不一定相等；对于再下一个即将进入的第二设定时间段(t2-t5)对应的实时滑动热功率为
Figure BDA0003885292540000119
要使
Figure BDA00038852925400001110
则于即将进入的的时间段第二设定时间段(t4-t5)，应以z2为目标值进行控制，得到：
Figure BDA00038852925400001111
因此，进行换算可得公式(1)：
Figure BDA00038852925400001112
进一步的，假设任意第一设定时间的对应的实时滑动热功率为
Figure BDA00038852925400001113
要使
Figure BDA00038852925400001114
对于即将进入的第二设定时间段，结合公式(1)可以类推出预测发热量的表达为：
Figure BDA00038852925400001115
其中，Zm为预测发热量，
Figure BDA00038852925400001116
为预设目标平均热功率，
Figure BDA00038852925400001117
为实时滑动热功率，T为第一设定时间，Xm为前端实际发热量。
步骤S50包括：基于预测发热量进行转换及效率校正运算，得到用于控制汽轮发电机电功率的电功率给定值，并返回到步骤S10。具体的，进行转换及效率校正运算的目的是：首先对预测发热量进行转换，得到用于控制汽轮发电机电功率的基础值，然后对基础值进行校正，从而尽量消除热效率对汽轮发电机电功率控制准确度的影响。
一些实施例中，电功率给定值的表达式为：
Figure BDA0003885292540000121
其中，Ps为电功率给定值，Zm为预测发热量，△t为第二设定时间，k为热效率因子。
进一步的，一些实施例中，步骤S50还包括热效率因子的计算方法，通过实时监测汽轮发电机的实时电功率和实时热功率的变化规律，准确地求出热效率因子，具体包括：首先，采集汽轮发电机的实时电功率；然后，对实时热功率和实时电功率中相同时刻的数据进行除法运算，得到比例数据；最后，基于滑动平均法，计算出比例数据在第二设定时间内的滑动比例系数，将该滑动比例系数设定为热效率因子。
一些实施例中，步骤S50还包括：基于设定周期将电功率给定值发送至汽轮发电机的功率控制器，以减少汽轮发电机进行电功率调节时所引起的执行机构动作或调节的次数，从而减少这些执行机构的机械磨损，对提高机组的设备寿命和稳定性起到积极作用。在该实施例中，设定周期等于第一设定时间。
为了避免因实时滑动热功率超调而导致一回路与汽轮发电机之间的热效率降低，一些实施例中，步骤S50还包括：判断实时滑动热功率是否超出预设超调带，若是则将设定周期设置为第二设定时间的二分一，否则将设定周期设置为第二设定时间。步骤S50的目的是，将设定周期缩短，从而提高电功率控制环路的响应速度，使实时滑动热功率尽快回到预设超调带内。可以理解的，在实时滑动热功率未超出预设超调带时，设定周期将被设置为第二设定时间。
可选的，预设超调带的幅值为1MW。
一些实施例中，核电厂汽轮发电机电功率控制方法还包括：步骤S11：若在第一设定时间内实时热功率大于设定预警值的累计时长超过设定预警时间，则使电功率给定值失效，并立即降低一回路的热功率。具体的，执行步骤S11可以避免在第一设定时间内的实时热功率超限累计时长超时，使电功率给定值失效可以避免电功率给定值的调整使实时热功率增大或累计时长继续延长，以避免因一回路长时间超负荷运行，避免一回路发生非预期故障，从而提高机组的稳定性及安全性。
可选的，当将设定预警值设置为额定功率值的1.0017倍时，设定预警时间对应为60分钟。
参考图5，本发明还提供了一种核电厂汽轮发电机电功率控制系统，包括：热功率采集单元1、第一运算单元2、第二运算单元3、第三运算单元4和第四运算单元5。
热功率采集单元1，用于采集核电厂中的一回路的实时热功率。具体的，热功率采集单元1可以为核电厂一回路监控系统中的用于采集实时热功率的功能模块。
第一运算单元2，用于基于滑动平均法计算出实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率。
一些实施例中，第一运算单元2包括第三滑动平均模块，第三滑动平均模块的输入端与热功率采集单元1连接以接收实时热功率，第三滑动平均模块的周期设定端用于接收第一设定时间。
第二运算单元3，用于对实时滑动热功率和实时热功率进行前端发热量计算处理，以输出前端实际发热量；前端实际发热量用于表征一回路从第一设定时间的起始时刻至第二设定时间内所产生的总热量。
一些实施例中，如图6所示，第二运算单元3包括：第一滑动平均模块31、第一乘法器32、第二乘法器33和第一减法器34；
具体的，第一滑动平均模块31的输入端与热功率采集单元1连接以接收实时热功率，第一滑动平均模块31的周期设定端用于接收第三设定时间，第一滑动平均模块31的输出端输出第二滑动热功率；其中，第三设定时间等于第一设定时间减去第二设定时间的差值；
第一乘法器32的第一输入端连接第一运算单元2，第一乘法器32的第二输入端用于接收第一设定时间；
第二乘法器33的输入端连接第一滑动平均模块31的输出端，第二乘法器33的第二输入端用于接收第三设定时间；
第一减法器34的被减数输入端连接第一乘法器32的输出端，第一减法器34的减数输入端连接第二乘法器33的输出端，第一减法器34的输出端输出前端实际发热量。
第三运算单元4，用于根据预设目标平均热功率、实时滑动热功率和前端实际发热量进行发热量预测运算，以输出预测发热量；预测发热量用于表征汽轮发电机此后的第二设定时间内所需实际发热量。
一些实施例中，如图6所示，第三运算单元4包括：第二减法器41、第三乘法器42和第一加法器43；
具体的，第二减法器41的被减数输入端用于接收预设目标平均热功率，第二减法器41的减数输入端连接第一运算单元2；
第三乘法器42的第一输入端连接第二减法器41的输出端，第三乘法器42的第二输入端用于接收第一设定时间；
第一加法器43的第一输入端连接第三乘法器42的输出端，第一加法器43的第二输入端连接第二运算单元3以接收前端实际发热量，第一加法器43的输出端输出预测发热量。
第四运算单元5，用于基于预测发热量进行转换及效率校正运算，以输出用于控制汽轮发电机电功率的电功率给定值。
一些实施例中，如图6所示，第四运算单元5包括：第一除法器51、效率校正单元52和第四乘法器53；
第一除法器51的被除数输入端连接第三运算单元4以接收预测发热量，第一除法器51的除数输入端用于接收第二设定时间；
第四乘法器53的第一输入端连接第一除法器51的输出端，第四乘法器53的第二输入端连接效率校正单元52以接收效率校正单元52输出的热效率因子，第四乘法器53的输出端输出电功率给定值。
一些实例中，如图6所示，效率校正单元52包括：电功率采集单元521、第二除法器522和第二滑动平均模块523；
具体的，电功率采集单元521用于采集汽轮发电机的实时电功率；
第二除法器522的被除数输入端连接电功率采集单元521以接收实时电功率，第二除法器522的除数输入端连接热功率采集单元1以接收实时热功率；
第二滑动平均模块523的输入端连接第二除法器522的输出端，第二滑动平均模块523的周期设定端用于接收第二设定时间，第二滑动平均模块523的输出端输出热效率因子。
一些实例中，如图5所示，核电厂汽轮发电机电功率控制系统还包括：定时设定单元6；定时设定单元6用于基于设定周期将电功率给定值发送至汽轮发电机的功率控制器。
一些实例中，如图6所示，定时设定单元6包括：指令单元61和第一选择模块62；
具体的，指令单元61用于在实时滑动热功率不超出预设超调带时，每经过第三设定时间输出选择指令并持续一定时间；在实时滑动热功率超出预设超调带时，则每经过第五设定时间输出选择指令并持续一定时间；其中，第五设定时间等于第三设定时间的二分之一；
第一选择模块62的第一选择输入端与第四运算单元5连接以接收电功率给定值，第一选择模块62的第二选择输入端与第一选择模块62的输出端连接，第一选择模块62的输出端可连接汽轮发电机的功率控制器，第一选择模块62的选择端连接指令单元61以接收选择指令。
一些实例中，如图7所示，指令单元61包括：第一比较器621、第二比较器622、第一或门623、非门624、与门625、第二或门626、第一脉冲模块627、第二脉冲模块628和第三脉冲模块629；
具体的，第一比较器621的同相输入端连接第一运算单元2以接收实时滑动热功率，第一比较器621的反相输入端用于接收预设超调带的上限值；
第二比较器622的同相输入端用于接收预设超调带的下限值，第二比较器622的反相输入端连接第一运算单元2以接收实时滑动热功率；
第一或门623的第一输入端连接第一比较器621的输出端，第一或门623的第二输入端连接第二比较器622的输出端，第一或门623的输出端通过非门624连接至与门625的第一输入端；
第一脉冲模块627的使能端用于接收高电平，第一脉冲模块627的周期设定端用于接收第二设定时间，第一脉冲模块627的输出端连接与门625的第二输入端，与门625的输出端连接第二或门626的第一输入端；
第二脉冲模块628的使能端连接第一比较器621的输出端，第二脉冲模块628的周期设定端用于接收第五设定时间，第二脉冲模块628的输出端连接第二或门626的第二输入端；
第三脉冲模块629的使能端连接第二比较器622的输出端，第三脉冲模块629的周期设定端用于接收第五设定时间，第三脉冲模块629的输出端连接第二或门626的第三输入端；
第二或门626的输出端输出选择指令。
一些实例中，如图5所示，核电厂汽轮发电机电功率控制系统还包括：紧急降热功率单元7；具体的，紧急降热功率单元7，用于在第一设定时间内实时热功率大于设定预警值的累计时长超过设定预警时间时，输出用于使电功率给定值失效及降低一回路的热功率的急停降温指令。
一些实施例中，如图4所示，核电厂汽轮发电机电功率控制系统还包括计时单元8；计时单元8与紧急降热功率单元7连接，用于计算实时热功率大于设定预警值的累计时长。
进一步的，一些实施例中，如图8所示，计时单元8包括第三比较器81、第四脉冲模块82、计数模块83、第四比较器84和第二选择模块85。
具体的，第三比较器81的同相输入端连接热功率采集单元1以接收实时热功率，第三比较器81的反相输入端用于接收设定预警值，第三比较器81的输出端连接计数模块83的第一输入端，第四脉冲模块82的使能端用于接收高电平，第四脉冲模块82的周期设定端用于接收第一设定时间，第四脉冲模块82的输出端连接计数模块83的第二输入端，计数模块83的输出端连接第四比较器84的同相输入端和第二选择模块85的第一选择输入端，第四比较器84的反相输入端连接第二选择模块85的输出端，第四比较器84的输出端连接第二选择模块85的选择端，第二选择模块85的第二选择输入端连接第二选择模块85的输出端，第二选择模块85的输出端作为累计时间输出端连接紧急降热功率单元7。
需要说明的是，滑动平均模块(包括第一、第二和第三滑动平均模块)的工作原理是：以周期设定端输入的时间为滑动周期，对输入端输入数据进行滑动平均运算，最后在其输出端输出该平均值。例如连续两个周期的输入数据依次为：1、2、3、4，每个周期输入的数据数量为3，在第一个周期进行的滑动平均运算得到的输出值为(1+2+3)/3＝2，同理，下一个周期得到的输出值为(2+3+4)/3＝3。
选择模块(包括第一和第二选择模块)的工作原理是：当选择模块的选择端为真(高电平)时，选择模块的输出端输出其第一选择输入端的值；当选择模块的选择端为假(低电平)时，选择模块的输出端输出其第二选择输入端的值。
脉冲模块(包括第一、第二和第三脉冲模块)的工作原理是：当脉冲模块的使能端为真(高电平)时，按照其周期设定端输入的时间周期输出固定长度(1秒)的脉冲信号；当脉冲模块的使能端为假(低电平)时，脉冲模块不产生脉冲信号
计数模块的工作原理是：当计数模块的第二输入端为假(低电平)时，若计数模块的第一输入端为真(高电平)，则计数模块从0开始每1秒增加1，若计数模块的第一输入端为假(低电平)，则计数模块停止增加并维持上一时刻的计数；当第二输入端为真(高电平)时，计算模块的输出端复位为0。
可以理解的，实施本发明可以有效增加核电厂的发电效率，提高核电厂经济效益，并在满足核电厂运行技术规范的前提下，将原先的操纵员手动控制变为自动调节，减轻了操纵员工作负担，同时极大降低了操纵员频繁手动调节电功率给定值引起超出运行技术规范的风险，还极大减少执行机构动作次数，减少对执行机构的机械磨损，对提高机组的设备寿命和稳定性起到积极作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、采集核电厂中的一回路的实时热功率；
S20、基于滑动平均法，计算出所述实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率；
S30、对所述实时滑动热功率和所述实时热功率进行前端发热量计算处理，得到前端实际发热量；
S40、根据预设目标平均热功率、所述实时滑动热功率和所述前端实际发热量进行发热量预测运算，得到预测发热量；
S50、基于所述预测发热量进行转换及效率校正运算，得到用于控制所述汽轮发电机电功率的电功率给定值，并返回到所述S10。
2.根据权利要求1所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，所述S30中，所述前端发热量计算处理包括：
S301、基于滑动平均法，计算出所述实时热功率在第三设定时间内的第二滑动热功率；其中，所述第三设定时间等于所述第一设定时间减去第二设定时间的差值；
S302、所述实时滑动热功率乘以所述第一设定时间，得到第一发热量；
S303、所述第二滑动热功率乘以所述第三设定时间，得到第二发热量；
S304、所述第一发热量减去所述第二发热量，得到所述前端实际发热量。
3.根据权利要求2所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，在所述S40中，所述预测发热量的表达式为：
Figure FDA0003885292530000011
其中，Zm为所述预测发热量，
Figure FDA0003885292530000021
为所述预设目标平均热功率，
Figure FDA0003885292530000022
为所述实时滑动热功率，T为所述第一设定时间，Xm为所述前端实际发热量。
4.根据权利要求1所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，在所述S50中，所述电功率给定值的表达式为：
Figure FDA0003885292530000023
其中，Ps为所述电功率给定值，Zm为所述预测发热量，△t为第二设定时间，k为热效率因子。
5.根据权利要求4所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，所述S50还包括：
采集所述汽轮发电机的实时电功率；
对所述实时热功率和实时电功率中相同时刻的数据进行除法运算，得到比例数据；
基于滑动平均法，计算出所述比例数据在所述第二设定时间内的滑动比例系数，所述滑动比例系数为所述热效率因子。
6.根据权利要求1至5任一项所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，所述S50还包括：
基于设定周期将所述电功率给定值发送至所述汽轮发电机的功率控制器；其中，所述设定周期等于第二设定时间。
7.根据权利要求6所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，所述S50还包括：
判断所述实时滑动热功率是否超出预设超调带，若是则将所述设定周期设置为所述第二设定时间的二分一，否则将所述设定周期设置为所述第二设定时间。
8.根据权利要求7所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，在所述S50中，所述预设超调带的幅值为1MW。
9.根据权利要求1所述的核电厂汽轮发电机电功率控制方法，其特征在于，还包括：
S11、若在所述第一设定时间内所述实时热功率大于设定预警值的累计时长超过设定预警时间，则使所述电功率给定值失效，并立即降低所述一回路的热功率。
10.一种核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，包括：
热功率采集单元(1)，用于采集核电厂中的一回路的实时热功率；
第一运算单元(2)，用于基于滑动平均法计算出所述实时热功率在第一设定时间内的实时滑动热功率；
第二运算单元(3)，用于对所述实时滑动热功率和所述实时热功率进行前端发热量计算处理，以输出前端实际发热量；
第三运算单元(4)，用于根据预设目标平均热功率、所述实时滑动热功率和所述前端实际发热量进行发热量预测运算，以输出预测发热量；
第四运算单元(5)，用于基于所述预测发热量进行转换及效率校正运算，以输出用于控制所述汽轮发电机电功率的电功率给定值。
11.根据权利要求10所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，所述第二运算单元(3)包括：第一滑动平均模块(31)、第一乘法器(32)、第二乘法器(33)和第一减法器(34)；
所述第一滑动平均模块(31)的输入端与所述热功率采集单元(1)连接以接收所述实时热功率，所述第一滑动平均模块(31)的周期设定端用于接收第三设定时间，所述第一滑动平均模块(31)的输出端输出第二滑动热功率；其中，所述第三设定时间等于所述第一设定时间减去第二设定时间的差值；
所述第一乘法器(32)的第一输入端连接所述第一运算单元(2)，所述第一乘法器(32)的第二输入端用于接收所述第一设定时间；
所述第二乘法器(33)的输入端连接所述第一滑动平均模块(31)的输出端，所述第二乘法器(33)的第二输入端用于接收所述第三设定时间；
所述第一减法器(34)的被减数输入端连接所述第一乘法器(32)的输出端，所述第一减法器(34)的减数输入端连接所述第二乘法器(33)的输出端，所述第一减法器(34)的输出端输出所述前端实际发热量。
12.根据权利要求10所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，所述第三运算单元(4)包括：第二减法器(41)、第三乘法器(42)和第一加法器(43)；
所述第二减法器(41)的被减数输入端用于接收预设目标平均热功率，所述第二减法器(41)的减数输入端连接所述第一运算单元(2)；
所述第三乘法器(42)的第一输入端连接所述第二减法器(41)的输出端，所述第三乘法器(42)的第二输入端用于接收所述第一设定时间；
所述第一加法器(43)的第一输入端连接所述第三乘法器(42)的输出端，所述第一加法器(43)的第二输入端连接所述第二运算单元(3)以接收所述前端实际发热量，所述第一加法器(43)的输出端输出所述预测发热量。
13.根据权利要求10所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，所述第四运算单元(5)包括：第一除法器(51)、效率校正单元(52)和第四乘法器(53)；
所述第一除法器(51)的被除数输入端连接所述第三运算单元(4)以接收所述预测发热量，所述第一除法器(51)的除数输入端用于接收第二设定时间；
所述第四乘法器(53)的第一输入端连接所述第一除法器(51)的输出端，所述第四乘法器(53)的第二输入端连接所述效率校正单元(52)以接收所述效率校正单元(52)输出的热效率因子，所述第四乘法器(53)的输出端输出所述电功率给定值。
14.根据权利要求13所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，所述效率校正单元(52)包括：电功率采集单元(521)、第二除法器(522)和第二滑动平均模块(523)；
所述电功率采集单元(521)用于采集所述汽轮发电机的实时电功率；
所述第二除法器(522)的被除数输入端连接所述电功率采集单元(521)以接收所述实时电功率，所述第二除法器(522)的除数输入端连接所述热功率采集单元(1)以接收所述实时热功率；
所述第二滑动平均模块(523)的输入端连接所述第二除法器(522)的输出端，所述第二滑动平均模块(523)的周期设定端用于接收所述第二设定时间，所述第二滑动平均模块(523)的输出端输出所述热效率因子。
15.根据权利要求11所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，还包括：定时设定单元(6)；
所述定时设定单元(6)用于基于设定周期将所述电功率给定值发送至所述汽轮发电机的功率控制器。
16.根据权利要求15所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，所述定时设定单元(6)包括：指令单元(61)和第一选择模块(62)；
所述指令单元(61)用于在所述实时滑动热功率不超出预设超调带时，每经过所述第三设定时间输出选择指令并持续一定时间；在所述实时滑动热功率超出预设超调带时，则每经过第五设定时间输出所述选择指令并持续一定时间；其中，所述第五设定时间等于第三设定时间的二分之一；
所述第一选择模块(62)的第一选择输入端与所述第四运算单元(5)连接以接收所述电功率给定值，所述第一选择模块(62)的第二选择输入端与所述第一选择模块(62)的输出端连接，所述第一选择模块(62)的输出端可连接所述汽轮发电机的功率控制器，所述第一选择模块(62)的选择端连接所述指令单元(61)以接收所述选择指令。
17.根据权利要求16所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，所述指令单元(61)包括：第一比较器(621)、第二比较器(622)、第一或门(623)、非门(624)、与门(625)、第二或门(626)、第一脉冲模块(627)、第二脉冲模块(628)和第三脉冲模块(629)；
所述第一比较器(621)的同相输入端连接所述第一运算单元(2)以接收所述实时滑动热功率，所述第一比较器(621)的反相输入端用于接收所述预设超调带的上限值；
所述第二比较器(622)的同相输入端用于接收所述预设超调带的下限值，所述第二比较器(622)的反相输入端连接所述第一运算单元(2)以接收所述实时滑动热功率；
所述第一或门(623)的第一输入端连接所述第一比较器(621)的输出端，所述第一或门(623)的第二输入端连接所述第二比较器(622)的输出端，所述第一或门(623)的输出端通过所述非门(624)连接至所述与门(625)的第一输入端；
所述第一脉冲模块(627)的使能端用于接收高电平，所述第一脉冲模块(627)的周期设定端用于接收所述第二设定时间，所述第一脉冲模块(627)的输出端连接所述与门(625)的第二输入端，所述与门(625)的输出端连接所述第二或门(626)的第一输入端；
所述第二脉冲模块(628)的使能端连接所述第一比较器(621)的输出端，所述第二脉冲模块(628)的周期设定端用于接收所述第五设定时间，所述第二脉冲模块(628)的输出端连接所述第二或门(626)的第二输入端；
所述第三脉冲模块(629)的使能端连接所述第二比较器(622)的输出端，所述第三脉冲模块(629)的周期设定端用于接收所述第五设定时间，所述第三脉冲模块(629)的输出端连接所述第二或门(626)的第三输入端；
所述第二或门(626)的输出端输出所述选择指令。
18.根据权利要求10所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，还包括：紧急降热功率单元(7)；
所述紧急降热功率单元(7)，用于在所述第一设定时间内所述实时热功率大于设定预警值的累计时长超过设定预警时间时，输出用于使所述电功率给定值失效及降低所述一回路的热功率的急停降温指令。
19.根据权利要求18所述的核电厂汽轮发电机电功率控制系统，其特征在于，还包括计时单元(8)，其包括：第三比较器(81)、第四脉冲模块(82)、计数模块(83)、第四比较器(84)和第二选择模块(85)；
所述第三比较器(81)的同相输入端连接所述热功率采集单元(1)以接收实时热功率，所述第三比较器(81)的反相输入端用于接收设定预警值，所述第三比较器(81)的输出端连接所述计数模块(83)的第一输入端，第所述第四脉冲模块(82)的使能端用于接收高电平，所述第四脉冲模块(82)的周期设定端用于接收所述第一设定时间，所述第四脉冲模块(82)的输出端连接所述计数模块(83)的第二输入端，所述计数模块(83)的输出端连接所述第四比较器(84)的同相输入端和所述第二选择模块(85)的第一选择输入端，所述第四比较器(84)的反相输入端连接所述第二选择模块(85)的输出端，所述第四比较器(84)的输出端连接所述第二选择模块(85)的选择端，所述第二选择模块(85)的第二选择输入端连接所述第二选择模块(85)的输出端，所述第二选择模块(85)的输出端作为累计时间输出端连接所述紧急降热功率单元(7)。
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