CN116859710A - 高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法及装置，在对氦气流量控制器的仿真调试过程中，先对氦气流量控制器进行比例作用，然后再对氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，根据氦气流量控制系统各过程状态变量的闭环动态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氦气流量的精准控制。本方法可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制氦气流量控制系统的调节特性，验证了高温气冷堆示范工程氦气流量控制系统调试方法的合理性和可靠性，可掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免工程实际应用调试过程中频繁引入扰动。

Description

高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法及装置

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，具体涉及一种高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法及装置。

背景技术

氦气流量控制系统为国内核电站首次应用，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氦气流量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，助力高温堆的商业化推广。

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，氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法及装置。

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氦气流量控制系统仿真方法及装置。

本公开实施例的一方面提供一种高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法，所述方法包括：

将氦气流量控制器设置于自动调节状态，并对所述氦气流量控制器进行比例作用；

保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号；

根据所述第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线；

将所述氦气流量控制器的所述氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对所述氦气流量控制器施加第二氦气质量流量设定值扰动信号；

根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线；

根据在不同比例增益下所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益；

对所述氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，并对所述氦气流量控制器施加第三氦气质量流量设定值扰动信号，其中，所述氦气流量控制器的比例增益为所述目标比例增益；

根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线；

根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数。

可选的，所述根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线，包括：

根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，调整所述氦气流量控制器的比例增益，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述氦气流量控制系统在比例作用下的闭环动态响应曲线；其中，

所述第二氦气质量流量设定值扰动信号为幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s氦气质量流量设定值负/正阶跃扰动信号。

可选的，所述调整所述氦气流量控制器的比例增益，包括：

先将所述比例增益设定为一个较小值，并逐渐增大所述比例增益；其中，所述比例增益的调整范围为1～50。

可选的，所述根据在不同比例增益下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：

根据所述在比例作用下的闭环动态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，所述根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线，包括：

根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，调整所述氦气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氦气流量控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述氦气流量控制系统在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线；其中，

所述第三氦气质量流量设定值扰动信号为幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号。

可选的，所述调整所述氦气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10～0.1。

可选的，所述根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数，包括：

根据在在比例作用和积分作用下的闭环动态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，所述对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号，包括：

对所述氦气流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号。

可选的，所述氦气流量控制系统各过程状态变量包括主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率中的至少一者。

本公开实施例的另一方面提供一种高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真装置，所述装置包括：

第一设定模块，用于将氦气流量控制器设置于自动调节状态，并对所述氦气流量控制器进行比例作用；

第二设定模块，用于保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号；

第一响应曲线获取模块，用于根据所述第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线；

第二设定模块，还用于将所述氦气流量控制器的所述氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对所述氦气流量控制器施加第二氦气质量流量设定值扰动信号；

第二响应曲线获取模块，用于根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量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，用于根据在不同比例增益下所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益；

第三设定模块，用于对所述氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，并对所述氦气流量控制器施加第三氦气质量流量设定值扰动信号，其中，所述氦气流量控制器的比例增益为所述目标比例增益；

第三响应曲线获取模块，用于根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线；

第二选择模块，用于根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数。

本公开实施例的高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法及装置，在对氦气流量控制器的仿真调试过程中，先对氦气流量控制器进行比例作用，然后再对氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，根据氦气流量控制系统各过程状态变量的闭环动态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氦气流量的精准控制。本公开实施例可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制氦气流量控制系统的调节特性，验证了高温气冷堆示范工程氦气流量控制系统调试方法的合理性和可靠性，可掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免工程实际应用调试过程中频繁引入扰动，使高温气冷堆可以根据调试结果进行安全可靠的运行。

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核氦气流量控制系统的氦气流量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高温气冷堆氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量控制系统闭环试验比例作用下氦气质量流量仿真曲线；

图4为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量控制系统闭环试验比例作用和积分作用下氦气质量流量仿真曲线；

图9为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的氦气流量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高温气冷堆氦气流量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所示，示例性的说明了氦气流量控制器的工作流程，也就是氦气流量控制器自动控制的工作原理。具体地，前馈回路为氦气质量流量设定值对应氦风机转速，基本可以确定氦气流量的需求量与氦风机转速是一一对应的；PID控制回路将氦气流量测量值与氦气质量流量设定值进行比较，根据两者的偏差和偏差的变化信号经过预定的自动调节算法产生氦风机转速的指令信号，当氦气流量测量值高于氦气质量流量设定值时，调节器会根据偏差计算出降低氦风机转速的指令；当氦气流量测量值低于氦气质量流量设定值时，调节器会根据偏差计算出增加氦风机转速的指令，最终通过产生氦风机变频器的设定频率信号，通过升高或降低氦风机的转速，来抑制氦气流量的扰动。

如图2所示，本公开实施例的一个方面提供一种高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法S100，所述方法S100包括：

S110、将氦气流量控制器设置于自动调节状态，并对所述氦气流量控制器进行比例作用。

具体地，将氦气流量控制器置于自动调节状态，通过将积分时间常数P设置成无穷大，关闭积分作用，使氦气流量控制器只进行比例作用。

S120、保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号。

具体地，对氦气流量控制器进行比例作用后，保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对氦气流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号，氦气质量流量设定值正阶跃扰动信号可以使主氦风机升速，氦气质量流量设定值负阶跃扰动信号可以使主氦风机降速。

优选的，在本实施例中，第一氦气质量流量设定值扰动信号为幅值为1.0kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号。也就是说，在比例作用下，对氦气流量控制器施加1.0kg/s或者-1.0kg/s的氦气质量流量设定值扰动信号。具体地，在本实施例中，在比例作用下，对氦气流量控制器施加-1.0kg/s的氦气质量流量设定值扰动信号。

S130、根据所述第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线。

在本实施例中，根据施加的幅值为1.0kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线。

需要说明的是，在本实施例中，氦气流量控制系统各过程状态变量包括主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率。

也就是说，在本实施例中，根据施加的幅值为1.0kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下氦气流量控制系统中主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率等重要过程状态变量从初始到稳态的开环响应曲线。

本实施例中，根据第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线，通过测量氦气流量控制器的开环特性，验证主氦风机转速和氦气流量的对应关系，可以更准确的得出比例增益参数。

S140、将所述氦气流量控制器的所述氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对所述氦气流量控制器施加第二氦气质量流量设定值扰动信号。

具体地，将氦气流量控制器的氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对氦气流量控制器施加幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s氦气质量流量设定值负/正阶跃扰动信号。优选的，在本实施例中，第二氦气质量流量设定值扰动信号为幅值为1.0kg/s的氦气质量流量设定值负/正阶跃扰动信号。

S150、根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量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，根据对氦气流量控制器施加幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s氦气质量流量设定值负/正阶跃扰动信号，调整氦气流量控制器的比例增益，获得在不同比例增益下氦气流量控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到氦气流量控制系统在比例作用下的闭环动态响应曲线。

需要说明的是，在本实施例中，氦气流量控制系统各过程状态变量包括主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率。

示例性的，调整氦气流量控制器的比例增益，具体包括：

先将比例增益P设定为一个较小值，并逐渐增大比例增益P，这样可以消除偏差。其中，比例增益P的调整范围为1～50。具体地，在本实施例中，比例增益P分别为P＝1、P＝5、P＝10和P＝50。

进一步具体地，根据对氦气流量控制器施加幅度为1.0kg/s氦气质量流量设定值负/正阶跃扰动信号，调整氦气流量控制器的比例增益，获得比例增益P分别为P＝1、P＝5、P＝10和P＝50时，氦气流量控制系统中主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率等从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到氦气流量控制系统在比例作用下的闭环动态响应曲线。

S160、根据在不同比例增益下所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益。

具体地，在本步骤中，比较和分析在不同比例增益下的在比例作用下各过程状态变量的闭环动态响应曲线，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。

示例性的，根据在不同比例增益下在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益，具体包括：

根据在比例作用下的闭环动态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的在比例作用下的闭环动态响应曲线时，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。

在本实施例中，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，积分时间常数I为0，比例增益P分别为P＝1、P＝5、P＝10和P＝50，依次对氦气质量流量、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，选取比例增益P＝5时为目标比例增益。

通过目标比例增益，可以验证高温气冷堆示范工程氦气流量控制系统调试方法的合理性和可靠性，进而掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，在氦气流量控制器实际运行时实现对氦气流量的精准控制，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动。

S170、对所述氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，并对所述氦气流量控制器施加第三氦气质量流量设定值扰动信号，其中，所述氦气流量控制器的比例增益为所述目标比例增益。

首先，对氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用。具体地，将目标比例增益作为氦气流量控制器进行比例作用的比例增益，也就是说，比例增益保持为得到的目标比例增益。在本实施例中，氦气流量控制器进行比例作用的比例增益P＝5。将积分时间常数I设置成一个较大值，也就是说，分别对氦气流量控制器进行比例作用和积分作用。

然后，对氦气流量控制器施加幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号。

优选的，在本实施例中，氦气流量控制器施加幅度为1.0kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号，测量回路的响应曲线，并逐渐减小积分时间常数I。也就是说，在比例作用和积分作用下，对氦气流量控制器施加1.0kg/s或者-1.0kg/s的氦气质量流量设定值阶跃扰动信号。具体地，在本实施例中，在比例作用和积分作用下，对氦气流量控制器施加-1.0kg/s的氦气质量流量设定值阶跃扰动信号。

S180、根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线。

具体地，根据施加的幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号，调整氦气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氦气流量控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到氦气流量控制系统在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线。

需要说明的是，在本实施例中，氦气流量控制系统各过程状态变量包括主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率。

示例性的，所述调整所述氦气流量控制器的积分时间常数，具体包括：

先将积分时间常数I设定为一个较大值，并逐渐减小积分时间常数I。这样一方面可以以减小测量值收敛到设定值的时间，另一方面可以避免积分时间过短所引发的振荡和不稳定。其中，积分时间常数I的调整范围为10～0.1。在本实施例中，积分时间常数I先后调整为I＝10、I＝1和I＝0.1。

也就是说，根据施加的幅度为1.0kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号，调整氦气流量控制器的积分时间常数I，获得在积分时间常数为I＝10、I＝1和I＝0.1时，氦气流量控制系统中主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率等重要过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到氦气流量控制系统在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线。

S190、根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数。

具体地，在本步骤中，比较和分析在不同积分时间常数下核功率控制系统在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线时，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。

需要说明的是，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。

示例性的，根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数，具体包括：

根据在比例作用和积分作用下的闭环动态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的在在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线时，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，又使偏差最小的积分时间常数。也就是说，选择一个最优积分时间常数。

在本实施例中，施加幅值为1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号；比例增益为P＝5，积分时间常数分别为I＝0.1；I＝1；I＝10，依次对氦气质量流量、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，选取P＝5，I＝1时，较合适，曲线整体最平稳。

通过目标积分时间常数，可以验证高温气冷堆示范工程氦气流量控制系统调试方法的合理性和可靠性，进而掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，在氦气流量控制器实际运行时实现对氦气流量的精准控制，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为一种高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法的氦气流量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，1#NSSS模块氦气流量闭环控制回路试验：

扰动为施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号；

积分时间常数I为0，比例作用分别为P＝1、P＝5、P＝10和P＝50；

依次截取氦气质量流量、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：

如图3所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，从曲线可以看出，比例作用强，氦气流量测量值下降幅度越大，波形幅度也会越大。当P＝10时，氦气质量流量测量值的阶跃变化基本为-1kg/s，后有小幅度回调，可验证在该偏差扰动下，P＝10的比例系数基本合适。

如图4所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，同时，核功率会随着氦气流量测量值的下降而下降，后由于反应堆负反应性，核功率会有回调。从曲线可以看出，比例作用强，核功率波动大，振荡幅度。当比例相对较小时，氦气流量的波动对核功率的影响最小，对系统稳定性越好。

如图5所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，从曲线可以看出，氦气流量下降，核功率下降，氦气温度也随着下降，随着反应堆负反应性作用，氦气温度出现升高，后随着核功率最终下降，氦气温度也趋势稳定，稳定值低于阶跃扰动前的温度数值。

如图6所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，同时，核功率会随着氦气流量测量值的下降而下降，氦气温度也随着下降，蒸发器出口蒸汽温度会随着核功率的下降而下降。从曲线可以看出，比例作用强，核功率下降作用明显，会导致蒸发器出口蒸汽温度降幅大。从曲线看出，比例越小，氦气流量的波动对蒸发器出口蒸汽温度的影响最小，对系统稳定性越好。

如图7所示：施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，同时，核功率会随着氦气流量测量值的下降而下降，输出热功率会随着核功率的下降而下降。从曲线可以看出，比例作用强，输出热功率波动大，振荡幅度大。当比例小时，氦气流量的波动对输出热功率的影响最小，对系统稳定性越好。

综上所述，扰动为施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号；积分时间常数I为0，比例增益P分别为P＝1、P＝5、P＝10和P＝50，依次对氦气质量流量、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，选取比例增益P＝5时，作为后续仿真的暂定参数。

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为一种高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法的核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模块氦气流量闭环控制回路试验：

扰动为施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号；

比例增益P＝5，积分时间常数I分别为I＝0.1、I＝1和I＝10；

依次截取氦气质量流量、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：

如图8所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例增益P＝5作用下，氦气流量测量值会下降，从曲线可以看出，积分作用合适，氦气流量测量值会快速趋于稳定，积分时间常数I＝1时的积分参数基本合适。

如图9所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，同时，核功率会随着氦气流量测量值的下降而下降，后由于反应堆负反应性，核功率会有回调。从曲线可以看出，积分作用强，核功率下降大，当积分作用相对较弱时，氦气流量的波动对核功率的影响最小，对系统稳定性越好。

如图10所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，从曲线可以看出，氦气流量下降，核功率下降，氦气温度也随着下降，随着反应堆负反应性作用，氦气温度出现升高，后随着核功率最终下降，氦气温度也趋势稳定，稳定值低于阶跃扰动前的温度数值。当积分作用相对较弱时，氦气流量的波动对氦气温度的影响最小，对系统稳定性越好。

如图11所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，同时，核功率会随着氦气流量测量值的下降而下降，氦气温度也随着下降，蒸发器出口蒸汽温度会随着核功率的下降而下降。从曲线可以看出，比例作用下，蒸发器出口蒸汽温度会阶跃降低，后续稳定过程由积分作用完成，仿真3个积分参数下，积分作用越强，蒸发器出口蒸汽温度趋于稳定时间越短。

如图12所示，施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃扰动信号，设定值低于测量值，比例作用下，氦气流量测量值会下降，同时，核功率会随着氦气流量测量值的下降而下降，输出热功率会随着核功率的下降而下降。从曲线可以看出，比例作用下，输出热功率会阶跃降低，后续稳定过程由积分作用完成，仿真3个积分参数下，积分作用越强，输出热功率趋于稳定时间越短。

综上所述，扰动为施加-1kg/s氦气质量流量设定值阶跃信号；比例增益P＝5，积分时间常数I分别为I＝0.1；I＝1；I＝10，依次对氦气质量流量、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，选取比例增益P＝5，积分时间常数I＝1时，作为后续仿真的暂定参数。

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。

本公开实施例的高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真方法，在对氦气流量控制器的仿真调试过程中，先对氦气流量控制器进行比例作用，然后再对氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，根据氦气流量控制系统各过程状态变量的闭环动态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氦气流量的精准控制。本公开实施例可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制氦气流量控制系统的调节特性，验证了高温气冷堆示范工程氦气流量控制系统调试方法的合理性和可靠性，可掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免工程实际应用调试过程中频繁引入扰动，使高温气冷堆可以根据调试结果进行安全可靠的运行。

如图13所示，本公开实施例的另一方面提供一种高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真装置100，所述装置100包括：

第一设定模块110，用于将氦气流量控制器设置于自动调节状态，并对所述氦气流量控制器进行比例作用。

第二设定模块120，用于保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号，

第一响应曲线获取模块130，用于根据所述第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线。

第二设定模块120，还用于将所述氦气流量控制器的所述氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对所述氦气流量控制器施加第二氦气质量流量设定值扰动信号。

第二响应曲线获取模块140，用于根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量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150，用于根据在不同比例增益下所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益。

第三设定模块160，用于对所述氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，并对所述氦气流量控制器施加第三氦气质量流量设定值扰动信号，其中，所述氦气流量控制器的比例增益为所述目标比例增益。

第三响应曲线获取模块170，用于根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线。

第二选择模块180，用于根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数。

本公开实施例的高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真装置，在对氦气流量控制器的仿真调试过程中，先对氦气流量控制器进行比例作用，然后再对氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，根据氦气流量控制系统各过程状态变量的闭环动态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氦气流量的精准控制。本装置可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制氦气流量控制系统的调节特性，验证了高温气冷堆示范工程氦气流量控制系统调试方法的合理性和可靠性，可掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，避免工程实际应用调试过程中频繁引入扰动，使高温气冷堆可以根据调试结果进行安全可靠的运行。

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)

1.一种高温气冷堆氦气流量控制系统仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

将氦气流量控制器设置于自动调节状态，并对所述氦气流量控制器进行比例作用；

保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号；

根据所述第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线；

将所述氦气流量控制器的所述氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对所述氦气流量控制器施加第二氦气质量流量设定值扰动信号；

根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线；

根据在不同比例增益下所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益；

对所述氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，并对所述氦气流量控制器施加第三氦气质量流量设定值扰动信号，其中，所述氦气流量控制器的比例增益为所述目标比例增益；

根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线；

根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，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，所述根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的闭环响应曲线，包括：

根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，调整所述氦气流量控制器的比例增益，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述氦气流量控制系统在比例作用下的闭环动态响应曲线；其中，

所述第二氦气质量流量设定值扰动信号为幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s氦气质量流量设定值负/正阶跃扰动信号。

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

先将所述比例增益设定为一个较小值，并逐渐增大所述比例增益；其中，所述比例增益的调整范围为1～50。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据在不同比例增益下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：

根据所述在比例作用下的闭环动态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，所述根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线，包括：

根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，调整所述氦气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氦气流量控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述氦气流量控制系统在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线；其中，

所述第三氦气质量流量设定值扰动信号为幅度范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整所述氦气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10～0.1。

7.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数，包括：

根据在在比例作用和积分作用下的闭环动态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。

8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号，包括：

对所述氦气流量控制器施加幅值范围为0.5kg/s～1.5kg/s的氦气质量流量设定值正/负阶跃扰动信号。

9.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述氦气流量控制系统各过程状态变量包括主氦风机转速设定值及其修正量、主氦风机转速、一回路氦气质量流量、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率中的至少一者。

10.一种高温气冷堆氦气流量控制系统的仿真装置，其特征在于，所述装置包括：

第一设定模块，用于将氦气流量控制器设置于自动调节状态，并对所述氦气流量控制器进行比例作用；

第二设定模块，用于保持氦气质量流量测量值不变，将氦气质量流量测量值反馈回路断开，并对所述氦气流量控制器施加第一氦气质量流量设定值扰动信号；

第一响应曲线获取模块，用于根据所述第一氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量控制系统各过程状态变量在比例作用下的开环响应曲线；

第二设定模块，还用于将所述氦气流量控制器的所述氦气质量流量测量值反馈回路闭合，并对所述氦气流量控制器施加第二氦气质量流量设定值扰动信号；

第二响应曲线获取模块，用于根据所述第二氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同比例增益下所述氦气流量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，用于根据在不同比例增益下所述在比例作用下的闭环响应曲线，选择目标比例增益；

第三设定模块，用于对所述氦气流量控制器分别进行比例作用和积分作用，并对所述氦气流量控制器施加第三氦气质量流量设定值扰动信号，其中，所述氦气流量控制器的比例增益为所述目标比例增益；

第三响应曲线获取模块，用于根据所述第三氦气质量流量设定值扰动信号，获得在不同积分时间常数下所述氦气流量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动态响应曲线；

第二选择模块，用于根据在不同积分时间常数下所述在比例作用和积分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标积分时间常数。