CN116466569A - 用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法，通过对给水流量控制器先进行比例作用，然后进行比例作用和积分作用，间接实现了对反应堆输出热功率控制器的调试过程，根据输出热功率控制系统各过程状态变量的闭环响应曲线得到目标比例增益和目标积分时间常数，通过目标比例增益和目标积分时间常数，在实际运行时实现对反应堆输出热功率的精准控制。本公开实施例的仿真方法，通过仿真方法验证了高温气冷堆示范工程输出热功率控制系统调试方法的合理性和可靠性，掌了握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，完成了高温堆示范工程调试任务，保障高温堆示范工程安全可靠运行。

Description

用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法

技术领域

本公开实施例属于高温气冷堆自动控制技术领域，具体涉及一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法。

背景技术

输出热功率控制系统为国内核电站首次应用，这也带来了很多需要解决的问题，包括探索制定完善的调试方法和策略，采用可行的仿真验证试验，验证高温气冷堆示范工程输出热功率控制系统调试方法的合理性和可靠性，掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，圆满完成高温堆示范工程调试任务，保障高温堆示范工程安全可靠运行。

由于高温气冷堆示范工程是一个多输入多输出的复杂大系统，各控制量与被调量之间都存在紧密的耦合关系，控制策略至执行机构都是首次应用于工程实践，输出热功率控制系统的调试工作将是全新的挑战。

针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法。

发明内容

本公开实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置。

本公开实施例的一方面提供一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法，所述方法包括：

对给水流量控制器进行比例作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号；

根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线；

根据所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益；

对所述给水流量控制器进行比例作用和积分作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述给水流量控制器的比例增益为所述目标比例增益；

根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线；

根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，选择目标积分时间常数。

可选的，所述根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，得到所述给水流量控制器各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线，包括：

根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，调整所述给水流量控制器的比例增益，获得在不同比例增益下所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用下从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到所述给水流量控制器各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线。

可选的，所述调整所述给水流量控制器的比例增益，包括：

所述给水流量控制器的比例增益的调整范围为0.01～0.3。

可选的，所述根据所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益，包括：

根据所根据所述在比例作用下的闭环响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同比例增益中选择所述目标比例增益。

可选的，所述对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，包括：

对所述给水流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号。

可选的，所述根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，包括：

根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，调整所述给水流量控制器的积分时间常数，获得在不同积分时间常数下所述输出热功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线。

可选的，所述调整所述给水流量控制器的积分时间常数，包括：

先将所述积分时间常数设定为一个较大值，并逐渐减小所述积分时间常数；其中，所述积分时间常数的调整范围为0.1～0.01。

可选的，所述根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，选择目标积分时间常数，包括：

根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同积分时间常数中选择所述目标积分时间常数。

可选的，所述过程状态变量包括给水流量设定值及其修正值、给水泵转速及其设定值、给水流量测量值、输出热功率计算值、蒸发器出口蒸汽温度、反应堆出口热氦温度以及核功率中的至少一者。

可选的，所述对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，包括：

对所述给水流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号。

本公开实施例的用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法，通过对给水流量控制器先进行比例作用，然后再进行比例作用和积分作用，间接实现了对反应堆输出热功率的调试过程中，根据输出热功率控制系统各过程状态变量的闭环响应曲线得到目标比例增益和目标积分时间常数，通过目标比例增益和目标积分时间常数，在实际运行时实现对反应堆输出热功率的精准控制。本公开实施例的仿真方法，通过仿真方法验证了高温气冷堆示范工程输出热功率控制系统调试方法的合理性和可靠性，掌了握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，完成了高温堆示范工程调试任务，保障高温堆示范工程安全可靠运行。

附图说明

图1为本公开实施例中一实施例的一种高温气冷堆输出热功率控制系统的反应堆输出热功率控制器的工作流程示意图；

图2为本公开实施例中另一实施例的一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的流程示意图；

图3为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用下给水流量设定值修正量(外环输出)仿真曲线；

图4为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用下核功率仿真曲线；

图5为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用下反应堆出口热氦温度仿真曲线；

图6为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用下蒸发器出口蒸汽温度仿真曲线；

图7为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用下输出热功率仿真曲线；

图8为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用和积分作用下给水流量设定值修正量(外环输出)仿真曲线；

图9为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用和积分作用下核功率仿真曲线；

图10为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用和积分作用下反应堆出口热氦温度仿真曲线；

图11为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用和积分作用下蒸发器出口蒸汽温度仿真曲线；

图12为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统闭环试验比例作用和积分作用下输出热功率仿真曲线；

图13为本公开实施例中另一实施例中一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开实施例作进一步详细描述。

如图1示例性的说明的反应堆输出热功率控制器的工作流程，也就是反应堆输出热功率控制器自动控制的工作原理。具体地，反应堆输出热功率控制系统作为该串级控制回路的主回路，给水流量控制系统作为该串级控制回路的副回路。给水流量控制系统根据给水质量流量测量值与设定值的偏差及其积分经过预定的给水流量控制器通过调节变速给水泵转速(或出口旁路调节阀)的开度，保证二回路给水质量流量维持在或跟踪上设定值。输出热功率控制系统将NSSS输出的热功率计算值与设定值进行比较，根据两者的偏差及其积分经过预定的输出热功率控制器产生给水流量控制系统给水质量流量给定值的修正量，通过调节给水流量实现反应堆输出热功率的调节。

如图2所示，本公开实施例的一方面提供一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法S100，所述方法S100包括：

S110、对给水流量控制器进行比例作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号。

具体地，将给水流量控制器置于自动调节状态，通过将积分时间常数KI设置成无穷大，关闭积分作用，使给水流量控制器只进行比例作用。

在对给水流量控制器进行比例作用之后，对给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，其中，施加给水流量设定值的正阶跃扰动信号，可以引起给水泵转速升高，施加给水流量设定值的负阶跃扰动信号，可以引起给水泵转速降低。具体地，对给水流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号。

优选的，对给水流量控制器施加幅值为1.0kg/s的给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号。也就是说，在比例作用下，对给水流量控制器施加1.0kg/s或者-1.0kg/s的给水流量设定值。具体地，在本实施例中，在比例作用下，对给水流量控制器施加1.0kg/s的给水流量设定值。

S120、根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线。

具体地，在本实施例中，根据1.0kg/s的给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，调整给水流量控制器的比例增益，获得在不同比例增益下输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用下从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到给水流量控制器各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线。

需要说明的是，在本实施例中，输出热功率控制系统各过程状态变量包括给水流量设定值及其修正值、给水泵转速及其设定值、给水流量测量值、输出热功率计算值、蒸发器出口蒸汽温度、反应堆出口热氦温度以及核功率中的至少一者。

示例性的，调整给水流量控制器的比例增益，包括：给水流量控制器的比例增益的调整范围为0.01～0.3。具体地，在本实施例中，比例增益P分别为P＝0.01、P＝0.1和P＝0.3。

也就是说，根据1.0kg/s的给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，调整给水流量控制器的比例增益，获得比例增益P分别为P＝0.01、P＝0.1和P＝0.3时输出热功率控制系统中给水流量设定值及其修正值、给水泵转速及其设定值、给水流量测量值、输出热功率计算值、蒸发器出口蒸汽温度、反应堆出口热氦温度以及核功率从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到给水流量控制器各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线。

S130、根据所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益。

根据在比例作用下的闭环响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同比例增益中选择目标比例增益。进一步具体地，在比较和分析在不同比例增益下在比例作用下的闭环响应曲线时，选择振荡小、稳定时间短、偏差小的响应曲线。也就是说，选择一个既使过渡过程超调量和稳定时间尽可能小，又使偏差最小的比例增益。也就是说，选择一个最优比例增益。

需要说明的是，在本步骤中，比较和分析在不同比例增益下在比例作用下各过程状态变量的闭环响应曲线，可使用人眼观察或参数对照的方法比较和分析响应曲线，从而根据比较和分析的结果，找到性能最好的响应曲线，将该响应曲线对应的比例增益作为目标比例增益。

需要进一步说明的是，在比较和分析过程中，可根据单一的过程状态变量的响应曲线进行比较和分析，也可以结合多个过程状态变量的响应曲线进行比较和分析。

在本实施例中，施加1kg/s给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，积分时间常数为0，比例增益分别为P＝0.01、P＝0.1和P＝0.3，依次截取给水流量设定值修正量(外环输出)、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，P＝0.1时较合适，也就是说，目标比例增益P＝0.1。P＝0.1时振荡小、稳定时间短、偏差小。

通过目标比例增益，可以在给水流量控制器实际运行时实现对反应堆输出热功率进行间接的精准控制，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动。

S140、对所述给水流量控制器进行比例作用和积分作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述给水流量控制器的比例增益为所述目标比例增益。

具体地，将目标增益作为给水流量控制器进行比例作用的比例增益，然后将积分时间常数KI设置成一个较大值，实现对给水流量控制器进行比例作用和积分作用。然后对进行比例作用和积分作用的给水流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号。

优选的，在本实施例中，对进行比例作用和积分作用的给水流量控制器施加幅值为1.0kg/s的给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号。也就是说，在比例作用和积分作用下，对给水流量控制器施加1.0kg/s或者-1.0kg/s的给水流量设定值。具体地，在本实施例中，在比例作用和积分作用下，对给水流量控制器施加1.0kg/s的给水流量设定值。

S150、根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线。

具体地，根据给水流量控制器施加的幅值为1.0kg/s的给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，调整给水流量控制器的积分时间常数，获得在不同积分时间常数下输出热功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线。

需要说明的是，在本实施例中，输出热功率控制系统各过程状态变量包括给水流量设定值及其修正值、给水泵转速及其设定值、给水流量测量值、输出热功率计算值、蒸发器出口蒸汽温度、反应堆出口热氦温度以及核功率中的至少一者。

示例性的，调整给水流量控制器的积分时间常数，包括：

先将积分时间常数设定为一个较大值，并逐渐减小积分时间常数。其中，积分时间常数的调整范围为0.1～0.01。在本实施例中，积分时间常数KI先后设置为KI＝0.1、KI＝0.05和KI＝0.01。将积分时间常数先设定为一个较大值，并逐渐减小积分时间常数，这样可以加快测量值收敛到设定值的时间，还可以避免积分时间过短所引发的振荡甚至不稳定现象。

进一步具体地，对给水流量控制器施加幅值为1.0kg/s的给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，调整给水流量控制器的积分时间常数，获得积分时间常数KI分别为KI＝0.1、KI＝0.05和KI＝0.01时输出热功率控制系统中给水流量设定值及其修正值、给水泵转速及其设定值、给水流量测量值、输出热功率计算值、蒸发器出口蒸汽温度、反应堆出口热氦温度以及核功率从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线。

S160、根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，选择目标积分时间常数。

具体地，根据在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同积分时间常数中选择目标积分时间常数。进一步具体地，在比较和分析在不同积分时间常数下比例作用和积分作用下的闭环响应曲线时，选择振荡小、稳定时间短、偏差小的响应曲线。也就是说，选择一个既使过渡过程超调量和稳定时间尽可能小，又使偏差最小的比例增益。也就是说，选择一个最优积分时间常数KI。

需要说明的是，在本步骤中，比较和分析在不同积分是时间常数下在比例作用和积分作用下各过程状态变量的闭环响应曲线，可使用人眼观察或参数对照的方法比较和分析响应曲线，从而根据比较和分析的结果，找到性能最好的响应曲线，将该响应曲线对应的积分时间常数作为目标积分时间常数KI。

需要进一步说明的是，在比较和分析过程中，可根据单一的过程状态变量的响应曲线进行比较和分析，也可以结合多个过程状态变量的响应曲线进行比较和分析。

在本实施例中，施加1kg/s给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，比例增益为P＝0.1，积分时间常数KI分别为KI＝0.1、KI＝0.05和KI＝0.01，依次截取给水流量设定值修正量(外环输出)、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，当比例增益P＝0.1，积分时间常数KI＝0.01时较合适。也就是说，通过对高温气冷堆输出热功率控制系统进行仿真调试，可获得目标增益为0.1，目标积分时间常数为0.01。这样，在工程实际运行时，可以根据上述目标增益和目标时间常数对反应堆输出热功率进行精准调试。

通过目标积分时间常数，可以在给水流量控制器实际运行时实现对反应堆输出热功率进行间接的精准控制，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动。

示例性的，在本实施例中，图3至图7为一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统在比例作用下的仿真曲线图，图3至图7中，参数的设置包括：

以100％RFP功率水平试验为例，输出热功率控制系统闭环试验：

扰动为施加-1kg/s给水流量设定值阶跃信号；

积分时间常数KI为0，比例增益P分别为P＝0.01、P＝0.1和P＝0.3；

依次截取给水流量设定值修正量(外环输出)、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率仿真结果。其中，图3至图7分别为在不同的比例增益下，上述过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线。

如图3所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，最终会使输出热功率升高。当反应堆输出热功率设定值不变时，其与输出热功率之间产生正偏差，输出热功率控制器发生减少给水流量的控制指令。从曲线得出，纯比例作用下，比例作用越强，输出热功率波动越大，最终导致给水流量设定值修正量(外环输出)的波动大，比例作用较小时，给水流量设定值修正量(外环输出)的波动小，考虑该参数是否合适，需参照核功率、热功率等曲线一起分析。

如图4所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，热氦温度升高会使热氦温度控制器发出减少核功率的指令，核功率是一个逐渐减小的趋势。从曲线得出，比例作用相对强时，能抑制核功率的下降，系统整体平稳。

如图5所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，从曲线得出，比例作用相对强时，能抑制热氦温度的上升，系统整体平稳。

如图6所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，热氦温度升高会使热氦温度控制器发出减少核功率的指令，核功率是一个逐渐减小的趋势，核功率的波动会引起蒸发器出口蒸汽温度的波动，比例越强，波动越大。

如图7所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，最终会使输出热功率升高。从曲线得出，纯比例作用下，比例作用越强，输出热功率波动越大，比例作用较小时，系统稳定性较好。

综上所述，扰动为施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，积分时间常数为0，比例增益分别为P＝0.01、P＝0.1和P＝0.3，依次截取给水流量设定值修正量(外环输出)、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，比例增益P＝0.1时较合适，也就是说，比例增益P＝0.1为目标比例增益。

需要说明的是，本实施例中的仿真验证仅为举例说明，也就是说，实验参数的选择和分析的过程均为举例说明，并不限制仿真验证仅能使用上述方法。

示例性的，在本实施例中，图8至图12为一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法的输出热功率控制系统在比例作用和积分作用下的仿真曲线图，图8至图12中，参数的设置包括：

以100％RFP功率水平试验为例，1#NSSS模块输出热功率控制系统闭环试验：

扰动为施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号；

比例增益为P＝0.1，积分时间常数分别为KI＝0.1、KI＝0.05和KI＝0.01；

依次截取给水流量设定值修正量(外环输出)、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率仿真结果。其中，图8至图12分别为在不同的积分时间常数下，上述过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线。

如图8所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，最终会使输出热功率升高。当反应堆输出热功率设定值不变时，其与输出热功率之间产生正偏差，输出热功率控制器发生减少给水流量的控制指令。从曲线得出，比例作用固定，积分作用强，系统振荡明显，积分作用弱，系统稳定性好。考虑该参数是否合适，需参照核功率、热功率等曲线一起分析。

如图9所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，热氦温度升高会使热氦温度控制器发出减少核功率的指令，核功率小幅度减小。从曲线得出，比例作用固定，积分作用强，系统振荡明显，积分作用弱，系统稳定性好。

如图10所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，从曲线得出，引入积分作用后，积分能有效抑制热氦温度的变化，但过强的积分作用会导致系统的振荡。

如图11所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，热氦温度升高会使热氦温度控制器发出减少核功率的指令，核功率是一个逐渐减小的趋势，核功率的降低会引起蒸发器出口蒸汽温度的降低，随着积分作用的介入，最终回调至稳定值。从曲线得出，比例作用固定，积分作用强，系统振荡明显，积分作用弱，系统稳定性好。

如图12所示，施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，给水流量设定值与给水流量信号之间会出现偏差，给水流量控制器发出降低给水泵转速指令，使给水流量降低至给水流量设定值附近，给水流量的降低使进入蒸发器的氦气换热效果降低，冷氦温度上升，导致堆芯温度上升，引起热氦温度升高，最终会使输出热功率变化。随着积分作用的介入，最终回调至稳定值。从曲线得出，比例作用固定，积分作用强，系统振荡明显，积分作用弱，系统稳定性好。

综上所述，扰动为施加1kg/s给水流量设定值阶跃扰动信号，比例增益为P＝0.1，积分时间常数KI依次分别设置为KI＝0.1；KI＝0.05；KI＝0.01，依次截取给水流量设定值修正量(外环输出)、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，比例增益P＝0.1，积分时间常数KI＝0.01时较合适，也就是说，目标比例增益为0.1，目标积分时间常数为0.01。

需要说明的是，本实施例中的仿真验证仅为举例说明，也就是说，实验参数的选择和分析的过程均为举例说明，并不限制仿真验证仅能使用上述方法。

本公开实施例的用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法，通过对给水流量控制器先进行比例作用，然后再进行比例作用和积分作用，间接实现了对反应堆输出热功率的调试过程中，根据输出热功率控制系统各过程状态变量的闭环响应曲线得到目标比例增益和目标积分时间常数，通过目标比例增益和目标积分时间常数，在实际运行时实现对反应堆输出热功率的精准控制。本公开实施例的仿真方法，通过仿真方法验证了高温气冷堆示范工程输出热功率控制系统调试方法的合理性和可靠性，掌了握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，完成了高温堆示范工程调试任务，保障高温堆示范工程安全可靠运行。

如图13所示，本公开实施例的另一方面提供一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真装置100，所述装置100包括：

第一设定模块110，用于对给水流量控制器进行比例作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号。

第一响应曲线获取模块120，用于根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线。

第一选择模块130，用于根据所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益。

第二设定模块140，用于对所述给水流量控制器进行比例作用和积分作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述给水流量控制器的比例增益为所述目标比例增益。

第二响应曲线获取模块150，用于根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线。

第二选择模块160，用于根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，选择目标积分时间常数。

本公开实施例的用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真装置，通过该仿真装置对给水流量控制器先进行比例作用，然后再进行比例作用和积分作用，间接实现了对反应堆输出热功率的调试过程中，根据输出热功率控制系统各过程状态变量的闭环响应曲线得到目标比例增益和目标积分时间常数，通过目标比例增益和目标积分时间常数，在实际运行时实现对反应堆输出热功率的精准控制。本公开实施例的仿真装置验证了高温气冷堆示范工程输出热功率控制系统调试方法的合理性和可靠性，掌了握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，完成了高温堆示范工程调试任务，保障高温堆示范工程安全可靠运行。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开实施例的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开实施例并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开实施例的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开实施例的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高温气冷堆输出热功率控制系统的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

对给水流量控制器进行比例作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号；

根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线；

根据所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益；

对所述给水流量控制器进行比例作用和积分作用，并对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述给水流量控制器的比例增益为所述目标比例增益；

根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线；

根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，选择目标积分时间常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，得到所述给水流量控制器各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线，包括：

根据所述给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，调整所述给水流量控制器的比例增益，获得在不同比例增益下所述输出热功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到所述给水流量控制器各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整所述给水流量控制器的比例增益，包括：

所述给水流量控制器的比例增益的调整范围为0.01～0.3。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益，包括：

根据所根据所述在比例作用下的闭环响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同比例增益中选择所述目标比例增益。

5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号，包括：

对所述给水流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的给水流量设定值的正/负阶跃扰动信号。

6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，包括：

根据所述给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，调整所述给水流量控制器的积分时间常数，获得在不同积分时间常数下所述输出热功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环响应曲线，以得到所述输出热功率控制系统各过程状态变量在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整所述给水流量控制器的积分时间常数，包括：

先将所述积分时间常数设定为一个较大值，并逐渐减小所述积分时间常数；其中，所述积分时间常数的调整范围为0.1～0.01。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线，选择目标积分时间常数，包括：

根据所述在比例作用和积分作用下的闭环响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同积分时间常数中选择所述目标积分时间常数。

9.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述过程状态变量包括给水流量设定值及其修正值、给水泵转速及其设定值、给水流量测量值、输出热功率计算值、蒸发器出口蒸汽温度、反应堆出口热氦温度以及核功率中的至少一者。

10.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述给水流量控制器施加给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号，包括：

对所述给水流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的给水流量设定值的负/正阶跃扰动信号。