CN117396986A - 核电站的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
此控制方法包括：如未检测出一回路功率信号(S1)和二回路功率信号(S2)之间的不平衡，则进入额定值跟踪模式，此时根据功率运行额定值(COP)控制核电站；如检测出不平衡，则自动进入功率限制模式，计算目标平衡功率(PEC)是否等于或小于一回路功率(P1)、等于或小于二回路功率(P2)，并根据目标平衡功率(PEC)控制核电站(2)。
Description
该项发明涉及核电站的控制方法。
一座核电站通常设有分开的一回路和二回路，一个为一回路循环水加热的核反应堆，一台或多台耦合一回路、二回路且用于将一回路的热量传递至二回路、在第二回路产生蒸汽的蒸汽发生器，以及一台借助蒸汽热能产生机械能的二回路内置蒸汽轮机。借助耦合至蒸汽轮机的发电机，该机械能随后会转换成电能。
该项发明的目的之一是为核电站提供一个控制方法，使核电站在满足运行要求的同时，核反应堆的可使用功率范围变大。
因此，该项发明提出了通过自动化控制系统控制压水堆核电站的方法。对应的核电站包括：含核反应堆、用于水循环的一回路，用于水循环的二回路，以及N台蒸汽发生器(N为大于或等于1的整数)，且每台蒸汽发生器借助二回路内生成的蒸汽将一回路的热能传递至二回路。对应的控制方法包括：
-代表核反应堆产生热功率的一回路功率计算，以及代表通过蒸汽发生器从一回路传递至二回路的热功率的二回路功率计算。
-检测一回路功率信号(根据一回路功率和/或至少是一回路功率变化指示量计算)，和二回路功率信号(根据二回路功率和/或至少是二回路功率变化指示量计算)之间可能出现的不平衡，
-如未检测出不平衡，则进入额定值跟踪模式，即根据控制系统接收的运行功率额定值控制核电站，使一回路功率和二回路功率与该运行功率额定值保持一致；
-如检测出不平衡，则自动进入功率限制模式，其具体内容包括控制系统计算目标平衡功率(应等于或小于一回路功率、等于或小于二回路功率)，和根据目标平衡功率对核电站进行控制。
由于存在特殊的运行模式，控制方法包括以下某个或多个技术操作特征，这些特征可单独生效，亦可按需组合使用：
-通过计算从一回路传递至二回路的各蒸汽发生器的热功率、计算这些热功率的总和来确定二回路功率；
-根据一回路功率、一回路功率滤波导数、核反应堆轴向偏移、核反应堆轴向偏移滤波导数、控制棒移动信号和/或控制棒移动信号滤波导数计算一回路功率信号；
-将一回路功率信号当作一回路功率和一个或多个以下数值的总和来计算：一回路功率乘以一回路功率系数后的滤波导数、轴向偏移乘以轴向偏移系数后的滤波导数的绝对值、控制棒移动信号乘以移动信号系数后的滤波导数；
-根据二回路功率、代表蒸汽发生器出口处蒸汽压力的蒸汽压力、蒸汽压力滤波导数、代表蒸汽发生器入口处水温的供水温度、供水温度的滤波导数、代表蒸汽发生器入口处水流量的供水流量和或供水流量的滤波导数计算得出二回路功率信号；
-将二回路功率信号当作二回路功率和一个或多个以下数值的总和来计算：蒸汽压力乘以蒸汽压力系数后的滤波导数、供水温度乘以供水温度系数后的滤波导数、供水流量乘以供水流量系数后的滤波导数；
-不平衡可能性检测包括：将一回路功率信号和二回路功率信号的差值与下阈值和/或上阈值相比较；
-不平衡可能性检测包括：如差值小于下阈值和/或大于上阈值，生成平衡申请逻辑信号，切换至功率限制模式；
-从检测出不平衡时开始，启动功率限制模式，并维持指定时长；
-根据最大平衡功率来计算目标平衡功率，其中目标平衡功率等于或小于最大平衡功率；
-通过将一回路功率减去偏差(不等于零)来得出最大平衡功率；
-对已减去偏差后的一回路功率进行滤波，使其导数的绝对值小于指定的导数阈值；
-控制方法包括一次调峰操作，其目的是使最大平衡功率小于指定的最大值并/或大于指定的最小值。
-将目标平衡功率指定为一回路功率、二回路功率和最大平衡功率中的最小值；
-功率限制模式下的控制方法包括：根据目标平衡功率对一回路功率额定值和二回路功率额定值进行计算，以及使一回路功率与一回路功率额定值保持一致并且二回路功率与二回路功率额定值保持一致的核电站控制；
-功率限定模式下，计算一回路功率额定值时将其当作目标平衡功率(可以选择对该功率滤波，且最好使用低通滤波器进行滤波)，且计算二回路功率额定值时将其当作目标平衡功率(可以选择对该功率滤波，且最好使用低通滤波器进行滤波)。
该项发明也涉及一个为实施上述控制方法而配置的核电站控制系统。
该项发明涉及的核电站包括：含核反应堆、用于水循环的一回路，用于水循环的二回路，N台蒸汽发生器(N为大于或等于1的整数)，且每台蒸汽发生器借助二回路内生成的蒸汽将一回路的热能传递至二回路，此外核电站还包括前文所述的控制系统。
该项发明还涉及一个可写入电子媒介或计算机内存的、可以在处理器上运行的计算机程序产品。该产品还涉及上述控制方法的软件代码指令。
阅读以下示例(非完整示例)描述并参照附图，可更好地理解该项发明及其优点：
-图1为核电站的示意图，其中指明含核反应堆的一回路，以及二回路；
-图2至图6是介绍图1所示核电站的控制方法的框图；
-图7是根据另一实例绘制的核电站示意图；
-图8也是根据另一实例绘制的核电站示意图。
图1所示核电站2包含水循环一回路4和水循环二回路6，且一回路4和二回路6分开布置并通过N台蒸汽发生器8连接。此处的N为大于或等于1的整数。
每台蒸汽发生器8设置在一回路4和二回路6之间，且按照完成一回路4和二回路6之间水的热交换为目的进行配置。
每台蒸汽发生器8在运行时会在二回路6内产生蒸汽。二回路6内，每台蒸汽发生器8输入液态水、输出气态水(如水蒸汽)。
二回路4包括一台核反应堆10，用于加热二回路4内的循环水。
如核电站2是一座压水堆核电站，那么其中核反应堆10为压水堆(或“PressurizedWater Reactor(PWR)”)，或者核电站是一座沸水堆核电站，那么其中核反应堆10为沸水堆(或“Boiling Water Reactor(BWR)”)。
一回路4含N个一回路流体环路12，且各环路12将核反应堆10与一台蒸汽发生器8相连。
单台蒸汽发生器8和单个一回路环路12的详细情况见图1。在备选方案中，一回路4包括多个一回路环路12，例如四个一回路环路12。
核反应堆10包括一个反应堆压力壳14。每个一回路环路12将反应堆压力壳14与蒸汽发生器8相连。每个一回路环路12通过一条输入管14A和一条输出管14B与反应堆压力壳14相连。
核反应堆10包括堆芯16，且还堆芯由并排布置在反应堆压力壳14内核燃料组件18构成。
核反应堆10包括可下降或退出反应堆堆芯16的控制棒20，用于控制核反应堆10的反应活性。
控制棒20包括：可选择性插入堆芯16、用于降低反应活性或从堆芯16抽出、用于增加反应活性的控制棒，以及落入堆芯16、使核反应堆10自动停堆的停堆棒。
各一回路环路12包括一台一回路泵22，用于增强该环路12内的水循环。
如果核电站2为一座压水堆核电站，那么一回路4包括一台稳压器24，设置该稳压器的目的在于使一回路4维持足够的压力，从而使一回路4内的循环水呈液体。
稳压器24与一回路环路12内的热管相连，如其内液体从核反应堆10流向位于该一回路环路12内蒸汽发生器8的热管。
当一回路4包含多个一回路环路12时，一回路4仅设一台稳压器24与一回路环路12之一相连。
如二回路6仅包含一个二回路环路26，则该环路充满来自各一回路环路12内蒸汽发生器8的蒸汽。
在备选方案中，如二回路6包含一个分别与各一回路环路12相连的二回路环路26，则该环路充满来自该一回路环路12内蒸汽发生器8的蒸汽。
二回路6包括一台或多台汽轮机28，设置每台汽轮机28的目的均是将二回路6内循环蒸汽所含热能转换为机械能。
二回路6包括一台或多台二回路泵30，用于增强二回路6内的水循环。
二回路6包括一台或多台冷凝器32，每台冷凝器32安装在汽轮机28下游，其目的在于冷却来自汽轮机28的蒸汽，并将其转换为液态。
每台冷凝器32设置在二回路6中，且按照实现一回路6和冷却回路34内水的热交换为目的进行配置。
核电站2包括一台或多台发电机36，每台发电机36与汽轮机28机械式耦合，从而通过该汽轮机28产生的机械能产生电能。并且电能将被送至供电网。
核电站2包括为了核电站2的自动控制，特别是为了落实核电站2的控制方法，而配置的控制系统40。
控制系统40包括一回路传感器，用于测量核电站2一回路运行参数，即与一回路4运行相关的参数；以及二回路传感器，用于测量核电站2二回路运行参数，即与二回路6运行相关的参数。
一回路传感器可能包含用于测量核反应堆10内中子通量的中子探测器42。
中子探测器42包括设于反应堆堆芯16内部的中子探测器(通常被称为“堆内”探测器)和/或设于堆芯16所在核反应堆10压力壳14外部的中子探测器(通常被称为“堆外”探测器)(此处不做介绍)。
中子探测器42为自给能中子探测器(即“Self-Powered Neutron Detector(SPND)”)。
中子探测器42为钴、钒和/或铑材质的探测器。
瞬时测量核反应堆10产生的中子通量，可计算代表核反应堆10产生的瞬态热功率的代表数值，或后文中的“一回路功率”。
二回路传感器包括：各蒸汽发生器8均设有一台用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口压力的输出压力传感器44；一台用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口处蒸汽流量的蒸汽流量传感器45；一台用于测量进入二回路6蒸汽发生器8液体水流量的水流量传感器46和/或一台用于测量进入二回路6蒸汽发生器8的水的温度的水温传感器48。
直接或间接测量瞬态的蒸汽发生器8输出蒸汽压力、蒸汽发生器8输出蒸汽流量、蒸汽发生器8输入水流和/或蒸汽发生器8输入水温，可计算出蒸汽发生器8从一回路4传递至二回路6的瞬时热功率代表值。
控制系统40设有一个电子控制单元50，且设置该单元的目的在于监控核电站2是否落实了监控程序。
电子控制单元50能够接收一回路运行参数和二回路运行参数，同时还能接收一回路传感器和二回路传感器提供的测量信号。
电子控制单元50还能够根据一回路参数和二回路参数控制一回路4和二回路6。
电子控制单元50还可以操控控制棒20，从而调节核反应堆的反应活性，和/或各台一回路泵22，从而调节一回路4内的水流量，和/或各台二回路泵30，从而调节二回路6内的水流量、操控各汽轮机28和/或各发电机36。
如图2所示，控制方法如下：
-计算代表核反应堆10产生热功率的一回路功率P1，以及代表通过蒸汽发生器8从一回路4传递至二回路6的热功率的二回路功率P2，
-检测一回路功率信号S1(根据一回路功率P1和/或至少是一回路功率P1变化指示量计算)，和二回路功率信号S2(根据二回路功率P2和/或至少是二回路功率P2变化指示量计算)之间可能出现的不平衡，
-如未检测出不平衡，则进入额定值跟踪模式，即根据控制系统40接收的功率运行额定值COP控制核电站10，使一回路功率P1和二回路功率P2与该功率运行额定值COP保持一致；
-如检测出不平衡，则自动进入功率限制模式，其具体内容包括控制系统40计算目标平衡功率PEC(应等于或小于一回路功率P1、等于或小于二回路功率P2)，和根据目标平衡功率PEC对核电站2进行控制。
根据核电站2的一回路运行参数，即由一回路传感器测量的、一回路4运行相关参数测量结果，特别是根据核反应堆10堆芯16内中子通量的测量结果，来计算一回路功率P1。
一回路参数的测量结果由一回路传感器提供，如核反应堆10设置的中子探测器42。
根据核电站2的二回路运行参数，即由二回路传感器测量的、二回路6运行相关参数来计算的二回路功率P2。
计算二回路功率P2时同时为各蒸汽发生器8确认分别通过该蒸汽发生器8从一回路4传递至二回路6的热功率，并将二回路功率P2当作传递功率的总和来计算。
针对各蒸汽发生器8，需采用公认的方法计算从一回路4传递至二回路6的功率，例如根据二回路参数进行计算，特别是根据二回路6蒸汽发生器8输出蒸汽压力、二回路6蒸汽发生器8输出蒸汽流量、二回路6蒸汽发生器8输入水流量和/或二回路6蒸汽发生器8输入水的温度进行计算。
二回路参数的测量结果分别由输出压力传感器44，蒸汽流量传感器45、输入水流量传感器46和/或输入水温传感器48提供。
另一示例中的二回路参数的测量结果，则分别由输出压力传感器44，用于测量二回路蒸汽箱内蒸汽压力的蒸汽箱压力传感器(不做详细介绍)、输入水流量传感器46和输入水温传感器48提供。
如二回路6中设有多台蒸汽发生器8给同一汽轮机28提供蒸汽，那么蒸汽箱是一个收集器，用于接收蒸汽发生器8产生的蒸汽并将产生的蒸汽送至汽轮机28。
如图3所示，电子控制单元50内设有一个一回路功率计算模块52，用于计算核反应堆10产生的一回路功率P1，以及一个二回路功率计算模块54，用于计算从一回路4传递至二回路6的二回路功率P2。
一回路功率计算模块52接收中子探测器42提供的测量信号，而二回路功率计算模块54接收来自以下传感器的测量信号：用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口压力的输出压力传感器44；用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口处蒸汽流量的蒸汽流量传感器45；用于测量进入二回路6蒸汽发生器8液体水流量的水流量传感器46和/或用于测量进入二回路6蒸汽发生器8的水的温度的水温传感器48。
电子控制单元50设有一个控制模块56，用于接收功率运行额定值COP、计算出的一回路功率P1和二回路功率P2。且以对核电站2的运行机构生成控制指令使核电站2受控于运行机构为目的，设置该电子控制单元。
配置控制模块56，使其生成针对控制棒20、各一回路泵22、各汽轮机28、各二回路泵30和/或各发电机36的控制指令。
在额定值跟踪模式下，原则上来说一回路功率P1和二回路功率P2平衡，且控制核电站2，使一回路功率P1和二回路功率P2均维持在基本等于控制系统40接收的功率运行额定值COP。
核电站2运营商可以提供功率运行额定值COP。
或者可以选择根据与核电站2相连的电网运行参数修改和/或调节该额定值，如电网频率变化等参数。
在核电站2运行期间，一回路功率P1和二回路功率P2之间仍然会出现不平衡。
如果二回路功率P2完全低于一回路功率P1，这可能会导致一回路4内的功率偏高，这是我们不希望看到的。
反之，如果二回路功率P2完全高于一回路功率P1，这可能会导致反应堆堆芯16冷却，这也是我们不希望看到的。
设置功率限制模式的目的是在一回路功率P1和二回路功率P2之间建立一个平衡，同时维持核电站2的正常运行范围，避免核电站因为超过正常运行范围而自动激活防护系统的介入，导致核电站2停堆。
在功率限制模式下，由控制系统40计算目标平衡功率PEC，最好与功率运行额定值COP分开计算。之后便根据目标平衡功率PEC来控制核电站2，而不再使用功率运行额定值COP。
计算目标平衡功率PEC的目的使其等于或小于一回路功率P1且等于或小于二回路功率P2，从而使功率限制模式降低一回路功率P1和/或二回路功率P2，并同时保持二者的平衡。
设置功率限制模式的目的在于借助控制系统40，自动进入该模式，同时使核电站2维持在正常运行范围内，因此防护系统不会介入。
正如上文所示，可通过比较一回路功率信号S1和二回路功率信号S2来检测是否存在不平衡。
计算得出的一回路功率信号S1可代表一回路功率P1，还可选择作为一回路功率P1变化的参考。
计算得出的二回路功率信号S2可代表二回路功率P2，还可选择作为二回路功率P2变化的参考。
考虑一回路功率P1和/或二回路功率P2的变化情况，可以提前预估不平衡现象。
在某个实例中，如图4所示，根据一回路功率P1、一回路功率滤波导数、核反应堆10轴向偏移AO、核反应堆10轴向偏移滤波导数的绝对值、控制棒20移动信号PG和/或控制棒20移动信号PG滤波导数计算得出一回路功率信号S1。
“滤波”导数，指的是添加到滤波器中的导函数，且该滤波器可切断高频变化、允许低频变化通过(低通滤波器)。
考虑到变量导数，就能考虑到该变量的变化情况，从而提前进行改动。
为导数选用的低通滤波器可以平滑导数，故可只考虑导数变量的变化趋势，而不必考虑过快的变化本身。其原因在于过快的变化并不能代表信号变化的真正趋势。
通常，核反应堆10的轴向偏移AO代表中子通量沿核反应堆10组件不均匀分布，特别是核反应堆10下部和核反应堆10上部中子通量的不平衡分布。
可通过安装在核反应堆10上、垂直分布的所有中子探测器42来确定轴向偏移AO，这样也可以根据中子探测器沿核反应堆10的布置位置来测量中子通量的差别。
轴向偏移AO的变化可能意味着一回路功率P1将发生变化。考虑到轴向偏移AO，特别是考虑到轴向偏移AO的滤波导数的绝对值，就可以提前预估一回路功率P1的变化。
控制棒20的移动也可能引起一回路功率P1发生变化。考虑到棒动信号PG，特别是考虑到棒动信号PG的滤波导数，就可以提前预估由于控制棒20的移动引起的一回路功率P1的变化。
在某个实例中，将一回路功率信号S1当作等于一回路功率P1来进行计算。
在备选方案中，最好将一回路功率信号S1当作一回路功率P1和一个或多个以下数值的总和来计算：一回路功率P1乘以一回路功率系数KP1后的滤波导数、反应堆10轴向偏移AO乘以轴向偏移系数KAO后的滤波导数的绝对值、控制棒移动信号PG乘以移动信号系数KPG后的滤波导数。
上述每个系数(一回路功率系数KP1、轴向偏移系数KAO和棒动系数KPG)最好都为正值或为零。
上述每个系数(一回路功率系数KP1、轴向偏移系数KAO和棒动系数KPG)都有对应数值。这些系数可以有不同的值。在极特殊的情况下，这些系数也可以有相同的值。
使用系数可以根据考虑的变量调整控制方法的响应情况。
如图4所示示例，将一回路功率信号S1当作以下数值的总和来计算：一回路功率P1、一回路功率P1乘以一回路功率系数KP1后的滤波导数、反应堆10轴向偏移AO乘以轴向偏移系数KAO后的滤波导数的绝对值、控制棒移动信号PG乘以移动信号系数KPG后的滤波导数。
根据二回路功率P2、代表蒸汽发生器8出口处蒸汽压力的蒸汽压力PV、蒸汽压力PV滤波导数、代表蒸汽发生器8入口处水温的供水温度TE、供水温度TE的滤波导数、代表蒸汽发生器8入口处水流量的供水流量DE和或供水流量DE的滤波导数计算二回路信号S2。
当核电站2设有多台蒸汽发生器8时，最好是将蒸汽压力PV确定为蒸汽发生器8出口处蒸汽压力的平均值，且由蒸汽压力传感器44确定该平均值。
在备选方案中，或当核电站2只设有一台蒸汽发生器8时，蒸汽压力被确定为等于核电站2蒸汽发生器8出口处的蒸汽压力PV。
当核电站2设有多台蒸汽发生器8时，最好是将供水温度TE确定为蒸汽发生器8入口处供水温度的平均值，且由水温传感器46确定该平均值。
在备选方案中，或当核电站2只设有一台蒸汽发生器8时，指定供水温度等于核电站2蒸汽发生器8入口处的水温。
当核电站2设有多台蒸汽发生器8时，最好是将输入水流量DE确定为蒸汽发生器8入口处水流量的平均值，且由水流量传感器48确定该平均值。
在备选方案中，或当核电站2只设有一台蒸汽发生器8时，输入水流量DE被确定为等于核电站2蒸汽发生器8入口处的水流量。
考虑蒸汽压力PV、供水温度TE和/或供水流量DE，特别是考虑了某个或多个这些参数的滤波导数后，可以提前预计出二回路功率P2的变化。
在某个实例中，将二回路功率信号S2当作二回路功率P2和一个或多个以下数值的总和来计算：蒸汽压力PV乘以蒸汽压力系数KPV(最好为负数或为零)后的滤波导数、供水温度TE乘以供水温度系数KTE(最好为负数或为零)后的滤波导数、供水流量DE乘以供水流量系数KDE(最好为正数或为零)后的滤波导数。
如图4所示，按照以下数值的总和来计算二回路功率信号S2：二回路功率P2、蒸汽压力PV乘以蒸汽压力系数KPV后的滤波导数、供水温度TE乘以供水温度系数KTE后的滤波导数、供水流量DE乘以供水流量系数KDE后的滤波导数。
用于计算各滤波衍生值和用于计算一回路功率信号S1、二回路功率信号S2的低通滤波器相同。但在备选方案中，它们不完全一样。至少有两台不同的低通滤波器。而在某个实例中，它们完全不一样。
如图4所示，电子控制单元50设有一个用于检测不平衡的检测模块62，同时还可以用来确认、比较一回路功率信号S1和二回路功率信号S2。
检测模块62包括一个一回路信号模块64和一个二回路信号模块66，设置这两个模块的目的分别是计算一回路功率信号S1和二回路功率信号S2。
一回路信号模块64和二回路信号模块66分别设有：一个或多个导数器68，每个导数器68被设置为能够接收代表变量的信号，并输出该信号的导数；此外还可选择设置一个绝对值模块69，用于接收轴向偏移AO的导数并输出该导数的绝对值；一个或多个放大器70，其中每个乘法器被配置成将信号与系数(为零、正数或负数)相乘；以及两个加法器72，用于根据计算一回路功率信号S1和二回路功率信号S2时所考虑的信号计算一回路功率信号S1和二回路功率信号S2。
在控制方法的某个实例中，如图4所示，一回路功率信号S1和二回路功率信号S2的比较包括计算一回路功率信号S1和二回路功率信号S2之间的差值，并将该差值与下阈值SINF和/或上阈值SSUP进行比较，然后从额定值跟踪模式切换至功率限制模式。
控制方法包括：当一回路功率信号S1和二回路功率信号S2之间的差值小于下阈值SINF和/或大于上阈值SSUP时，从额定值跟踪模式切换至功率限制模式。
切换至功率限制模式属于延时切换，以便功率限制模式从激活开始至少维持指定的功率限制时长。
此处的功率限制时长是提前确定的。比如将其设置成等于或大于10秒(s)，也可以设为等于或大于20秒。
将功率限制模式保持最短时间，即使一回路功率P1和二回路功率P2很快恢复至平衡状态，也能有效地降低并重新平衡一回路功率P1和二回路功率P2，而不会过快地切换到额定值跟踪模式。
为了从额定值跟踪模式切换到功率限制模式，控制方法包括：产生一个用于指明一回路功率信号S1和二回路功率信号S2存在不平衡的非平衡逻辑信号SD，以及一个根据非平衡逻辑信号确定的延迟再平衡请求逻辑信号BP，以控制切换至功率限制模式。
非平衡逻辑信号SD有两个值(如0或1)：一个表示存在需要切换至功率限制模式的严重不平衡，另一个表示不存在需要切换到额定值跟踪模式的严重不平衡。
再平衡请求逻辑信号BP有两个值(如0或1)：一个对应额定值跟踪模式，另一个对应功率限制模式。再平衡请求逻辑信号BP为延时信号，以便当其变成功率限制模式的对应值时，该值在指定的功率限制期间保持不变。
如图4所示，控制模块包括：一个减法器74，用于确定一回路功率信号S1和二回路功率信号S2之间的差值；一个比较器76，用于将该差值和下阈值SINF和/或上阈值SSUP进行比较，并根据比较结果生成非平衡逻辑信号SD；一个限制请求发生器78，用于根据非平衡逻辑信号SD生成再平衡请求逻辑信号BP。
如此便可以根据最大平衡功率PEMAX来计算目标平衡功率PEC，且目标平衡功率PEC等于或小于最大平衡功率PEMAX。
如图5所示，控制方法包括根据一回路功率P1计算最大平衡功率PEMAX。
如此便可以通过将一回路功率P1减去偏差E(大于零)来得出最大平衡功率PEMAX；这样就可以确定一个完全低于一回路功率P1的功率值，以便之后计算可降低核反应堆10功率的功率额定值(一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2，详见后文)。
偏差值E介于核反应堆10额定运行功率的20％至55％之间，特别是核反应堆10额定运行功率的20％至35％之间。
核反应堆10的额定运行功率是其正常运行时的最大允许功率。也是核反应堆10的预设功率。
在某个实例中，偏差E为恒定值。在某个特殊的实例中，选定偏差E为等于核反应堆10额定功率PN的25％。
通过实践，我们发现在检测到一回路功率P1和二回路功率P2之间存在不平衡后，通过上述偏差E的数值范围可以降低功率，从而达到恢复平衡的目的。
最好使用最大平衡功率FPEMAX滤波器滤波一回路功率P1和偏差E之间的差值，使其导数的绝对值保持在指定的导数阈值以下。最大平衡功率FPEMAX滤波器属于低通滤波器，且主要是二阶低通滤波器。但也可以是其他类型的滤波器。
这样就可以从一个信号(一回路功率和偏差E之间的差值)确定最大平衡功率PEMAX。该信号的导数有限，且与核反应堆10的负荷跟踪一致，即与功率额定值变化时的反应活性一致。
最好将最大平衡功率FPEMAX滤波器配置成能够使一回路功率P1和偏差E之差的导数的绝对值保持低于负荷跟踪导数的最大绝对值，例如每分钟额定功率PN的5％。
滤波完成后，最好选择在最小值VMIN和/或最大值VMAX之间对一回路功率P1和偏差E之差产生的信号进行削波。
这样可以确保最大平衡功率PEMAX始终高于最小值VMIN并/或低于最大值VMAX，无论当前一回路功率P1选用何种依据来确定最大平衡功率PEMAX，都需考虑到一回路功率P1暂时高于额定功率PN的情况。
例如最小值VMIN可以等于零，最大值VMAX可以等于核反应堆10额定功率PN的75％。
如图5所示，电子控制单元50的控制模块56设有一个最大功率计算模块80，用于计算最大目标平衡功率PEMAX。
如图5所示，该最大功率计算模块80设有一个减法器82，用于接收/输入一回路功率P1并从中减去偏差E；还可以选择一个与减法器82串连的滤波模块84，用于将最大平衡功率滤波器FPEMAX应用至已减去偏差E的一回路功率P1；和/或一个削波模块86，用于接收/输入已减去偏差E的一回路功率P1，且该功率也可能已通过滤波器模块84完成滤波。
目标平衡功率PEC是根据一回路功率P1、二回路功率P2和最大目标平衡功率PEMAX确定的，且等于或小于这些功率。
如图6所示，在控制方法的某个实例中，将目标平衡功率PEC确定为一回路功率P1、二回路功率P2和最大目标平衡功率PEMAX当中的最小值。
控制方法包括：计算功率限制模式下的一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2，并控制核电站2，使一回路功率P1与一回路功率额定值CP1保持一致(从而限制一回路功率额定值CP1和一回路功率额定值CP1之间的偏差)，同时使二回路功率P2与二回路功率额定值CP2保持一致(从而限制二回路功率P2与二回路功率额定值CP2之间的偏差)。根据目标平衡功率PEC，来计算在功率限制模式下用于控制核电站2的一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2。
在某个特殊实例中，计算得出的一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2等于目标平衡功率PEC，且可以选择使用目标平衡功率滤波器FPEC(最好是低通滤波器)对该目标平衡功率进行滤波。
电子控制单元50的控制模块56设有一个额定值计算模块90，且配置该模块的目的是计算一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2。
额定值计算模块90接收/输入一回路功率P1、二回路功率P2和最大平衡功率PEMAX，并提供/输出一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2。
额定值计算模块设有一个选择器92，用于从一回路功率P1、二回路功率P2和最大平衡功率PEMAX中选择数值最低的信号。
可选择在控制单元50中设置一个平衡功率滤波器模块94，使其借助目标平衡功率滤波器FPEC滤波目标平衡功率PEC。
如控制系统在额定值跟踪模式下，可选择设定一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2分别等于一回路功率P1和二回路功率P2。
额定值跟踪模式下，按照上述方法得出的一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2原则上将不用于核电站2的实际控制，而是选择根据功率运行额定值COP来实现控制。
但如果控制系统40在未检测到功率不平衡时便意外切换至功率限制模式，该方法可以起到安全保护的作用。该情况下，再平衡请求逻辑信号BP不会请求切换至功率限制模式，因此一回路功率额定值CP1将被视为等于一回路功率P1、二回路功率额定值CP2将被视为等于二回路功率P2，所以尽管意外切换至功率限制模式，控制系统40也不会修改一回路功率P1和二回路功率P2。
额定值计算模块90设有一个开关模块96，用于接收/输入一回路功率P1、二回路功率P2和可能已经过滤波的目标平衡功率PEC，并提供/输出一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2。该开关模块96由再平衡请求逻辑信号BP控制，目的在于使一回路功率额定值CP1等于额定值跟踪模式下的一回路功率或功率限制模式下可能经过滤波的目标平衡功率PEC，使二回路功率额定值CP2等于额定值跟踪模式下的二回路功率和功率限制模式下可能经过滤波的目标平衡功率PEC。
在某个实例中，电子控制单元50的各模块和/或各滤波器均属于软件的应用程序，且该类程序具体包括可存储在计算机内存或电子媒介上、可以在处理器上运行的软件代码指令。
在备选方案中，电子控制单元50中至少有一个模块和/或至少一个滤波器是采用了专用集成电路(“Application Specific Integrated Circuit”(ASIC))或可编程逻辑电路如现场可编程门阵列(“Field Programmable Gate Array”(FPGA))的形式。
运行时，默认控制系统40选用设定值跟随模式控制核电站2，使核电站2的一回路功率P1和二回路功率P2与功率运行额定值保持一致。
如通过比较一回路功率信号S1和二回路功率信号S2检测出不平衡，那么控制系统40将切换至功率限制模式，此时根据控制系统40计算出的目标平衡功率PEC来控制一回路功率P1和二回路功率P2，该目标平衡功率等于或小于一回路功率P1和二回路功率P2。
功率限制模式下，控制系统40根据目标平衡功率计算一回路功率额定值CP1和二回路功率额定值CP2，并控制核电站，使一回路功率P1与一回路功率额定值CP1保持一致、二回路功率P2与二回路功率额定值CP2保持一致。
一回路功率额定值CP1等于可能经过滤波(特别是经过低通滤波器滤波)的目标平衡功率PEC，二回路功率额定值CP2等于可能经过滤波(特别是经过低通滤波器滤波)的目标平衡功率PEC。
切换至额定值跟踪模式前，维持指定时长的功率限制模式。
在额定值跟踪模式下计算一回路功率额定值CP1时，控制系统40可选择将其视为等于一回路功率P1，计算二回路功率额定值P2时，可选择将其视为等于二回路功率P2。
通过该项发明，在功率不平衡的情况下，已选择以额定值跟踪模式控制核电站2的控制系统40可将模式切换至功率限制模式，使核电站2维持在正常运行范围内，且不需要核电站停堆保护系统的介入，例如采取落棒等措施。
无论核电站的功率等级如何，即检测到不平衡时，无论当前运行功率设定值如何，都可进入功率限制模式。
可通过控制系统40进入该模式。甚至可以在核电站2正常运行期间的较大振幅瞬态或导致严重功率不平衡的意外瞬态时启动该模式。
可以在保护系统不介入的情况下，特别是不限制保护系统所用仪器时选择使用该模式。如核电站2的保护系统不介入，预计核电站2的安全报告仅会受到轻微影响。除重新编写安全报告中关于因创新而修改的瞬态或设计了限制系统的某些项目的章节外，不需要为实施特殊控制方法而重新编写核电站2的安全报告。
该项发明并不局限于上述实例和备选方案，还可以考虑其他实例和备选方案。
例如，在图6所示实例中，在功率限制模式下，一回路功率额定值P1和二回路功率额定值P2均当作已经过同一目标平衡功率PEC滤波器滤波后的目标平衡功率PEC来进行计算。
备用方案中，也可以设置不相同的一回路滤波器和二回路滤波器，设定一回路功率额定值CP1等于经过一回路滤波器滤波的目标平衡功率PEC、二回路功率额定值CP2等于经过二回路滤波器滤波的目标平衡功率PEC。
也可以同时设置相同的一回路滤波器和二回路滤波器，设定一回路功率额定值CP1等于经过一回路滤波器滤波的目标平衡功率PEC、二回路功率额定值CP2等于经过二回路滤波器滤波的目标平衡功率PEC。
此外，一回路功率P1和二回路功率P2的计算并不局限于上述计算示例，也可以考虑使用其他方法用于计算一回路功率P1和二回路功率P2。
在某个实例中，如图7(保留了与图1至图6类似元件的数字编号)所示，测量值将用于计算一回路功率P1的一回路传感器包括：
-一回路4的每根冷管中、用于测量该冷管内循环水水温的冷管温度传感器100，和用于测量该冷管内循环水流量的冷管流量传感器102，
-一回路4的每根热管中、用于测量该热管内循环水水温的热管温度传感器104，和用于测量该热管内循环水流量的热管流量传感器106，
-用于测量稳压器24内压力的稳压器压力传感器108。
因此电子控制单元50的一回路功率计算模块进行的一回路功率P1计算内容包括：
-计算冷管平均温度TBFM，即冷管温度传感器100测量的冷管温度的平均值，可选择使用滤波器对该值进行滤波，且最好选用低通滤波器，
-计算冷管平均流量DBFM，即冷管流量传感器102测量的冷管流量的平均值，可选择使用滤波器对该值进行滤波，且最好选用低通滤波器，
-计算热管平均温度TBCM，即热管温度传感器104测量的热管温度的平均值，可选择使用滤波器对该值进行滤波，且最好选用低通滤波器，
-计算热管平均流量DBCM，即热管温度传感器106测量的热管流量的平均值，可选择使用滤波器对该值进行滤波，且最好选用低通滤波器；
-根据冷管平均温度TBFM、冷管平均流量DBFM、热管平均温度TBCM和热管平均流量DBCM来计算一回路功率P1。
电子控制单元50的一回路功率计算模块进行的一回路功率P1计算内容包括
-根据冷管平均温度和稳压器压力传感器108测量的稳压器压力PPR来计算冷管平均焓值HBFM，
-根据热管平均温度TBCM和稳压器压力PPR来计算热管平均焓值HBCM；
-将一回路功率P1当成等于一回路4核反应堆提供的平均热功率来进行计算，且一回路平均热功率等于校准系数K和一回路热功率计算函数FPTH的乘积，使用冷管平均流量DBFM、热管平均流量DBCM、冷管平均焓值HBFM、热管平均焓值HBCM、冷管平均温度TBFM、热管平均温度TBCM和稳压器压力PPR作为输入数据。
一回路热功率FPTH的计算函数最好是以一回路4的热平衡为基础。
校准系数K是在某个周期性试验期间内、通过用于确定热功率的二回路焓平衡确定的。它可以用于再次校准一回路热功率。
这样便可以不使用中子探测器42等装置，仅根据温度传感器、流量传感器和压力传感器提供的测量结果来确定一回路功率P1。
在某个实例中，如图7所示，其测量结果用于计算二回路功率P2的两台传感器包括：各蒸汽发生器8均包括一台用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口处流量的蒸汽流量传感器110；一台用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口处压力的蒸汽压力传感器112；一台用于测量二回路6于蒸汽发生器8出口处温度的蒸汽温度传感器114；一台用于测量进入二回路6蒸汽发生器8液体水压力的水压传感器116和一台用于测量进入二回路6蒸汽发生器8的水的温度的水温传感器118。
电子控制单元50的二回路功率计算模块进行的二回路功率P2计算内容包括:
-根据水温传感器118和水压传感器116测量的蒸汽发生器8入口处水温TEAU和水压PEAU，计算每台蒸汽发生器8的输入焓值HE；根据蒸汽温度传感器114和蒸汽压力传感器112测量的蒸汽发生器出口处蒸汽温度和蒸汽压力，计算输出焓值HV，
-计算二回路功率P2。该功率等于各蒸汽发生器8出口处蒸汽流量DV(由蒸汽流量传感器110测得)和该蒸汽发生器的输出焓值HV和输入焓值HE差值的乘积之和。
因此可根据以下公式计算一回路功率P2：
其中
P2为二回路功率，单位为瓦特(W)，
i是代表蒸汽发生器的下标，
DVi是下标为i的蒸汽发生器8出口处的蒸汽流量，单位为千克/秒(kg/s)，HVi是下标为i的蒸汽发生器8的输出焓值，单位为焦耳/千克(J/kg)，
HEi是下标为i的蒸汽发生器8的输入焓值，单位为焦耳/千克(J/kg)。
如图8(保留了与图1至图7类似元件的数字编号)所示，如二回路6设有多台蒸汽发生器8为同一汽轮机28提供蒸汽，那么该回路内还设有一个蒸汽箱120(或“蒸汽收集器”)，用于接收蒸汽发生器8产生的蒸汽，并将所产生的蒸汽分配至汽轮机28，和一个水箱122(或“水分配器”)，用于接收来自冷凝器32的水，并将这些水分配至各蒸汽发生器8。
此外，二回路6还设有一个用于绕过汽轮机28的二回路蒸汽导出回路，即“冷凝器蒸汽旁通组”，以下简称GCTC，对应的数字编号为124。设置GCTC 124的目的是绕过汽轮机28将来自蒸汽箱120出口处的蒸汽送至冷凝器32的入口。
GCTC 124设有一个或多个用于控制通过GCTC 124的蒸汽流量的控制执行器126，例如由核电站控制系统40控制的阀门。该类阀门室通过锁定逻辑信号GCTC_dev来实现控制：为信号取两个数值(如0和1)，其中一个是不允许开启并要求锁定GCTC 124，另一个是允许开启并要求解锁GCTC；还可以通过开启控制信号GCTC_com来实现控制：比如通过在最小开度和最大开度之间选择开度来要求开启GCTC 124的阀门。
核电站设有一台或多台蒸汽消耗装置127。每台蒸汽消耗装置127都与二回路6相连，以便从二回路6中提取蒸汽。最好将该装置设置在蒸汽箱120的出口处。
蒸汽消耗装置127也被称为“干燥器-过热器”。
此处的蒸汽消耗装置127不包括汽轮机28和GCTC 124。
在某个实例中，如图8所示，二回路传感器包括：
-汽轮机压力传感器128，用于测量汽轮机28内部的压力。当汽轮机28由多级叶轮组成、且每级叶轮对应不同的汽轮机级别时，最好使用该传感器测量汽轮机28第一级叶轮入口处的压力，
-蒸汽箱压力传感器130，用于测量蒸汽箱内部的蒸汽压力，
-蒸汽箱温度传感器134，用于测量蒸汽箱内部的蒸汽温度，
-水箱温度传感器138，用于测量水箱中水的温度，
-水箱压力传感器140，用于测量水箱中水的压力；
-一个或多个蒸汽提取流量传感器142。每个传感器均用于测量蒸汽消耗装置127从二回路6中提取的蒸汽流量。
可根据以下公式计算一回路功率P2：
-GCTC解锁时：
-GCTC锁定时：
其中：
P2为二回路功率，单位为W，
P1TR是于汽轮机28第一级叶轮入口处测得的压力，单位为帕斯卡(Pa)，
F(P1TR)是根据汽轮机28第一级叶轮入口处的所测压力值得出的传输至汽轮机28的热功率函数，
PBVAP是蒸汽箱120的蒸汽压力，单位为Pa
HBVAP是蒸汽箱120的蒸汽焓值，单位为J/kg，
HBEAU是水箱122的水焓值，单位为J/kg，
GCTC_com是GCTC 124的开启控制信号，以开度表示，100％对应最大开度，0％对应最小开度，
KGCTC是导出至GCTC 124的热功率的调节系数，单位为W/(Pa*GCTC 124的开度％)，
Dj是蒸汽消耗装置(下标j)消耗的蒸汽质量流量，单位为kg/s，
Kj是导出至蒸汽消耗装置(下标j)的热功率的调节系数。
该计算方法，主要是通过布置在蒸汽箱120和水箱122上的传感器来实现测量，从而计算出二回路功率P2，无需在各蒸汽发生器8的进气口和出气口设置一个或多个传感器。可以限制传感器的数量。
Claims (19)
1.通过自动化控制系统实现的压水堆核电站的控制方法，该核电站包括：含核反应堆、用于水循环的一回路(4)，用于水循环的二回路(6)，以及N台蒸汽发生器(N为大于或等于1的整数)，且每台蒸汽发生器借助二回路内生成的蒸汽将一回路(4)的热能传递至二回路(6)，该控制方法包括：
-计算代表核反应堆(10)产生热功率的一回路功率(P1)，根据核电站(2)的一回路运行参数，即由一回路传感器测量的、一回路(4)运行相关参数来计算一回路功率(P1)；计算代表通过蒸汽发生器(8)从一回路(4)传递至二回路(6)的热功率的二回路功率(P2)，根据核电站(2)的二回路运行参数，即由二回路传感器测量的、二回路(6)运行相关参数来计算二回路功率(P2)，
-检测一回路功率信号(S1)(根据一回路功率(P1)和/或至少是一回路功率(P1)变化指示量计算)，和二回路功率信号(S2)(根据二回路功率(P2)和/或至少是二回路功率(P2)变化指示量计算)之间可能出现的不平衡，
-如未检测出不平衡，则进入额定值跟踪模式，即根据控制系统(40)接收的功率运行额定值(COP)控制核电站，使一回路功率(P1)和二回路功率(P2)与该运行功率额定值(COP)保持一致；
-如检测出不平衡，则自动进入功率限制模式，其具体内容包括控制系统(40)计算目标平衡功率(PEC)(应等于或小于一回路功率(P1)、等于或小于二回路功率(P2))，也包括根据目标平衡功率(PEC)对核电站(2)进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法：通过计算由各蒸汽发生器(8)从一回路(4)传递至二回路(6)的热功率、通过计算这些热功率的总和来确定二回路功率(P2)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制方法：根据一回路功率(P1)、一回路功率(P1)滤波导数、核反应堆(10)轴向偏移(AQ)、核反应堆(10)轴向偏移(AQ)滤波导数、控制棒(20)移动信号(PG)和/或控制棒(20)移动信号(PG)滤波导数计算一回路功率信号(S1)。
4.根据权利要求3所述的控制方法：一回路功率信号(S1)当作一回路功率和一个或多个以下数值的总和来计算：一回路功率(P1)乘以一回路功率系数(KP1)后的滤波导数、轴向偏移(AO)乘以轴向偏移系数(KAO)后的滤波导数的绝对值、控制棒移动信号(PG)乘以移动信号系数(KPG)后的滤波导数。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法：根据二回路功率、代表蒸汽发生器(8)出口处蒸汽压力的蒸汽压力(PV)、蒸汽压力(PV)滤波导数、代表蒸汽发生器(8)入口处水温的供水温度(TE)、供水温度(TE)的滤波导数、代表蒸汽发生器(8)入口处水流量的供水流量(DE)和/或供水流量(DE)的滤波导数计算二回路信号(S2)。
6.根据权利要求5所述的控制方法：二回路功率(P2)和以下一个或多个数值的总和即为二回路功率信号(S2)：蒸汽压力(PV)乘以蒸汽压力系数(KPV)后的滤波导数、供水温度(TE)乘以供水温度系数(KTE)后的滤波导数、供水流量(DE)乘以供水流量系数(KDE)后的滤波导数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法：其中不平衡可能性检测包括将一回路功率信号(S1)和二回路功率信号(S2)的差值与下阈值和/或上阈值相比较。
8.根据权利要求7所述的控制方法：其中不平衡可能性检测包括，当上述差值低于下阈值并/或大于上阈值时，生成平衡申请逻辑信号(BP)，切换至功率限制模式。
9.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法：从检测出不平衡时开始，启动功率限制模式，并维持指定时长。
10.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法：根据最大平衡功率(PEMAX)来计算目标平衡功率(PEC)，且目标平衡功率(PEC)等于或小于最大平衡功率。
11.根据权利要求10所述的控制方法：可以通过将一回路功率(P1)减去偏差(E)(不等于零)来得出最大平衡功率(PEMAX)。
12.根据权利要求11所述的控制方法：对减去偏差(E)后的一回路功率(P1)进行滤波，使其导数的绝对值小于指定的导数阈值。
13.根据权利要求11或12所述的控制方法：包括一次调峰操作，其目的是使最大平衡功率(PEMAX)小于指定的最大值(VAMX)并/或大于指定的最小值(VMIN)。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的控制方法：将目标平衡功率(PEC)确定为一回路功率(P1)、二回路功率(P2)和最大目标平衡功率(PEMAX)当中的最小值。
15.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法：在功率限制模式下，包括根据目标平衡功率(PEC)计算一回路功率(P1)额定值和二回路功率(P2)额定值，以及使一回路功率(P1)与一回路功率额定值(CP1)保持一致并且二回路功率(P2)与二回路功率额定值(CP2)保持一致的核电站(2)控制。
16.根据权利要求15所述的控制方法：在功率限定模式下，计算一回路功率额定值(CP1)时将其当作等于目标平衡功率(PEC)(可以选择对该功率滤波，且最好使用低通滤波器进行滤波)，且计算二回路功率额定值(CP2)时将其当作等于目标平衡功率(PEC)(可以选择对该功率滤波，且最好使用低通滤波器进行滤波)。
17.核电站控制系统，被配置为实施根据前述权利要求中任一项所述的控制方法。
18.核电站包括：含核反应堆(10)、用于水循环的一回路(4)，用于水循环的二回路(6)，N台蒸汽发生器(8)(N为大于或等于1的整数)，且每台蒸汽发生器(8)借助二回路(6)内生成的蒸汽成将一回路(4)的热能传递至二回路(6)，所述核电站(2)包括根据权利要求17所述的控制系统(40)。
19.可写入电子媒介或计算机内存的、并且可以由处理器运行的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于实现根据权利要求1至16中任一项所述的控制方法的软件代码指令。
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