JP2022129412A - 原子力発電プラントの出力制御装置及び出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子力発電プラントの負荷追従性能を向上させる。【解決手段】出力制御装置１１は、原子炉１２で発生した蒸気により駆動されるタービン（高圧タービン１４）と、タービンにより駆動されて電力を発生する発電機１７と、タービンから流出した抽気蒸気の流量を調整する抽気弁４１と、タービンの排気系統に設置された排気弁４２と、を備える原子力発電プラント１０に対して用いられる。出力制御装置１１は、原子力発電プラントの出力目標値Ａ１１と発電機の実出力値Ａ１２とに基づいて、抽気弁と排気弁の開度を制御する信号処理部５０と、原子炉の炉出力を設定する炉出力設定部６０と、を備えている。タービンの負荷上げ時に、信号処理部は、抽気弁と排気弁の開度を絞ることで、一時的にタービンの負荷上げ量を増加させるとともに、一時的に負荷上げ量を増加させている間に、炉出力設定部は、炉出力を上げる制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は原子力発電プラントの出力制御装置及び出力制御方法に関する。

従来、沸騰水型の原子力発電プラントにおける発電機の出力制御は、発電機の出力目標値と現在の発電機の実際の出力値（発電機の実出力値）との間に偏差が生じた場合、まず偏差量に応じて原子炉出力を調整し、その後原子炉出力に応じた蒸気をタービンに送ることで発電機の実出力値を出力目標値に調整している。すなわち、原子炉内の圧力が急変しないように、原子炉から送りだされる蒸気（以下、「主蒸気」と記す）の量を調整している。これは、沸騰水型の原子力発電プラントにおいて、原子炉内の圧力が急変すると冷却材内の蒸気泡（以下、ボイドと記す）の状態が変わり、原子炉の出力が変化するためである。

特許文献１には、従来の出力制御装置の一例が示されている。この例では、発電機の出力目標と発電機の実出力値との間の偏差量に基づいて再循環ポンプ速度要求信号が出力され、原子炉の出力が変化し、原子炉の出力変更により原子炉から発生する蒸気量が変化してタービン入口圧力が変化する。そして、タービン入口圧力の変化に比例して、タービン加減弁の開度が調整され、タービンへの蒸気量が調整されることにより発電機の実出力値が発電機の出力目標値に一致するように制御される。このような従来の制御方式において、特許文献１には、発電機の出力目標値と発電機の実出力値の制御遅れを抑制することを目的として、本来の発電機の出力目標値とは別に、制御用の発電機の出力目標値を設定し、これにより制御遅れを先行的に補償する出力制御方法が開示されている。

また、特許文献２には、従来の出力制御装置に加えて、主蒸気からの抽気量を制御することで発電機の実出力値を調節する出力制御装置及び方法の例が示されている。この例では、原子炉の出力を発電機の出力目標値と発電機の実出力値との間の偏差量に基づいて上昇され、それでも発電機の出力目標値と発電機の実出力値との間に偏差が生じる場合に、主蒸気からの抽気量を制御することによって発電機出力を上昇させるものである。

特開昭６４－９１０９５号公報 特開２０１７－１９４３１２号公報

特許文献１，２に開示された従来技術は、以下に説明するように、原子力発電プラントの負荷追従性能を向上させることが要望されていた。

近年、温室効果ガスの排出量削減を目標として、太陽光や風力発電に代表される再生可能エネルギーの導入、火力発電所の廃止が進んでいる。これに伴い、電力の需給バランスを調節するための調整力と呼ばれる機能が重要となりつつあり、調整力を対象とした市場も開始されている。これに伴い、これまで定格出力一定での運転が前提だった原子力発電プラントにも、電力系統からの指令に応じて負荷追従運転をすることが期待されている。

負荷追従運転は、変更出力の大きさと周期によっていくつかのカテゴリに分類される。例えば、負荷追従運転は、日負荷追従運転と呼ばれる運転と周波数制御運転と呼ばれる運転とに分類される。日負荷追従運転は、昼夜での需要の変動に合わせて、昼間に発電機出力を大きくし、夜間に発電機出力を抑制する運転である。出力変化幅は最大で定格の５０％を超えるケースもあるが、数時間かけて出力を変更するため、速応答は要求されない。一方、周波数制御運転は、系統内の周波数を一定に保つように、数秒から数分程度の時間で変化する電力需要に合わせて発電機出力を調整する運転である。出力変化幅は１０％程度と小さいが、速応答が要求される。

前記したように、沸騰水型の原子力発電プラントにおいては、発電機出力を調整するために、まず再循環ポンプ速度や制御棒位置を制御して原子炉の出力を変更し、出力に応じた蒸気量をタービンに送出することにより発電機出力を調整する。そのため、発電機の出力目標値の変化率が大きいときには、発電機の実出力値の遅れが顕著に生じる。遅れの主要因としては、制御棒が引抜された際の核反応が増加するまでの遅れや、増加した核反応により燃料内で発生した熱が冷却材に伝わるまでの遅れが挙げられる。この時間の遅れを考慮して、炉心の出力を急激に変化させようとすると、炉心の燃料棒の健全性が課題となり、原子力発電プラントを安全に運転することが困難となる。

原子力発電プラントの負荷追従運転の幅を広げるため、従来の炉心の出力上げに加えて、原子炉内に蓄積されている蒸気を利用して発電機出力を上昇させる方法がある。例えば、主蒸気の抽気絞りによって、必要となる蒸気をタービンに送ることが考えられる。しかしながら、この手法ではあくまで炉出力の上げ速度を前提としており、主蒸気の抽気絞りによって必要となる蒸気をタービンに送ることができない場合、炉出力が急激に上昇することにより、上記と同じく原子力発電プラントを安全に運転することが困難となる。

原子炉の炉出力上げ速度に制限があることから、原子力発電プラントの負荷追従に関しては、上記の主蒸気の抽気絞りで実施することが考えられる。しかしながら、主蒸気の抽気絞りは、負荷上げ量も小さく、また抽気先の給水加熱器の抽気が閉ざされることになる。そのため、抽気絞りによる出力の増加は一時的なものであるため、出力を上げた後、その出力を維持することができないという課題がある。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、原子力発電プラントの負荷追従性能を向上させた原子力発電プラントの出力制御装置及び出力制御方法を提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、原子力発電プラントの出力制御装置であって、原子炉で発生した蒸気により駆動されるタービンと、前記タービンにより駆動されて電力を発生する発電機と、前記タービンから流出した抽気蒸気の流量を調整する抽気弁と、前記タービンの排気系統に設置された排気弁と、を備える原子力発電プラントに対して、前記原子力発電プラントの出力目標値と前記発電機の実出力値とに基づいて、前記抽気弁と前記排気弁の開度を制御する信号処理部と、前記原子炉の炉出力を設定する炉出力設定部と、を備え、前記タービンの負荷上げ時に、前記信号処理部は、前記抽気弁と前記排気弁の開度を絞ることで、一時的に前記タービンの負荷上げ量を増加させるとともに、一時的に前記負荷上げ量を増加させている間に、前記炉出力設定部は、前記炉出力を上げる制御を行う構成とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、原子力発電プラントの負荷追従性能を向上させることができる。

実施形態１に係る出力制御装置を備えた原子力発電プラントの概略構成図である。 実施形態１に係る出力制御装置の抽気弁開度設定部と排気弁開度設定部の制御ブロック図である。 実施形態２に係る出力制御装置を備えた原子力発電プラントの概略構成図である。 実施形態２に係る出力制御装置の抽気弁開度設定部と排気弁開度設定部と原子炉の制御ブロック図である。 実施形態３に係る出力制御装置を備えた原子力発電プラントの概略構成図である。 実施形態３に係る出力制御装置の抽気弁開度設定部と排気弁開度設定部と原子炉の制御ブロック図である。 実施形態４に係る出力制御装置を備えた原子力発電プラントの概略構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

［実施形態１］
＜原子力発電プラントの出力制御装置の構成＞
以下、図１及び図２を参照して、本実施形態１に係る出力制御装置１１の構成について説明する。図１は、本実施形態１に係る出力制御装置１１を備えた原子力発電プラント１０の概略構成図である。図２は、出力制御装置１１の抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５の制御ブロック図である。

図１に示すように、本実施形態１に係る出力制御装置１１は、原子力発電プラント１０に対して用いられる。出力制御装置１１は、原子力発電プラント１０の動作を制御する装置である。

原子力発電プラント１０は、出力制御装置１１と、原子炉１２と、高圧タービン１４（以下、単に「タービン」と称する場合がある）と、気水分離機１５と、低圧タービン１６と、発電機１７と、低圧給水加熱器１８と、給水加熱器１９と、高圧給水加熱器２０と、ドレンタンク２１と、を有している。

原子炉１２は、複数の燃料集合体を内部に装荷し、燃料集合体に対して制御棒１３の引抜及び挿入を行うことで原子核分裂連鎖反応の進行速度を制御して、原子エネルギーを徐々にとり出す装置である。
高圧タービン１４（タービン）は、原子炉１２で発生した主蒸気の圧力で回転する回転体である。
気水分離機１５は、蒸気と水とを分離する装置である。
低圧タービン１６は、高圧タービン１４から排出された蒸気の圧力で回転する回転体である。
発電機１７は、高圧タービン１４及び低圧タービン１６の回転に伴って回転して電力を発生する装置である。発電機１７は、図示せぬシャフトを介して高圧タービン１４及び低圧タービン１６と接続されている。
低圧給水加熱器１８は、低圧タービン１６から排出された蒸気を加熱する装置である。
給水加熱器１９は、低圧タービン１６から排出されて低圧給水加熱器１８で加熱された蒸気及び高圧タービン１４から排出された蒸気を加熱する装置である。
高圧給水加熱器２０は、高圧タービン１４から流出した抽気蒸気（低圧タービン１６を通った蒸気を含む）を加熱する加熱手段である。
ドレンタンク２１は、給水加熱器１９で加熱された蒸気を一時的に貯蔵するタンクである。

原子炉１２と高圧タービン１４とは配管３１で接続されている。
また、高圧タービン１４と気水分離機１５とは、配管３２で接続されている。
また、気水分離機１５と低圧タービン１６とは、配管３３で接続されている。
また、低圧タービン１６と低圧給水加熱器１８とは、配管３４で接続されている。
また、低圧給水加熱器１８と給水加熱器１９とは、配管３５で接続されている。
また、給水加熱器１９と高圧給水加熱器２０とは、配管３６で接続されている。
また、高圧給水加熱器２０と原子炉１２とは、配管３７で接続されている。
また、高圧タービン１４と高圧給水加熱器２０とは、配管３８で接続されている。
また、配管３２と給水加熱器１９とは、配管３９で接続されている。

配管３８は、高圧タービン１４を通った後の低圧タービン１６に供給しない蒸気を高圧給水加熱器２０に導く配管である。
配管３９は、高圧タービン１４から気水分離機１５側に送られた抽気蒸気のうち、低圧タービン１６に供給しない排気を給水加熱器１９に導く、排気系統の配管である。

原子炉１２で発生した主蒸気は、配管３１を通って高圧タービン１４に供給される。配管３１の途中には、原子炉１２から高圧タービン１４に供給される主蒸気の量を制御する蒸気加減弁４０（以下、単に「加減弁」と称する場合がある）が配置されている。

また、配管３８の途中には、抽気弁４１が配置されている。抽気弁４１は、高圧タービン１４から流出した抽気蒸気の流量を調整する。
また、配管３９の途中には、排気弁４２が配置されている。排気弁４２は、高圧タービン１４から流出した抽気蒸気のうち、低圧タービン１６に供給しない排気の流量を調整する。

また、高圧タービン１４の周囲には、高圧タービン１４を通過した主蒸気を凝縮して水に戻す図示せぬ復水器が配置されている。また、図示せぬ復水器と原子炉１２との間には、図示せぬ復水器で主蒸気から復水された水を原子炉１２に戻す図示せぬ再循環ポンプが配置されている。

信号処理部５０は、タービン負荷設定部５１と、偏差計算部５２と、加減弁開度設定部５３と、抽気弁開度設定部５４と、排気弁開度設定部５５と、を有している。

タービン負荷設定部５１は、出力目標値Ａ１１に基づいて、タービンの負荷量を設定する設定手段である。
偏差計算部５２は、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量を計算する計算手段である。
加減弁開度設定部５３は、蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを設定する設定手段である。
抽気弁開度設定部５４は、抽気弁４１の開度の速度及び大きさを設定する設定手段である。
排気弁開度設定部５５は、排気弁４２の開度の速度及び大きさを設定する設定手段である。

また、炉出力設定部６０は、制御棒引抜挿入指令部６２と、再循環流量制御部６３と、を有している。

制御棒引抜挿入指令部６２は、原子炉１２の内部に配置された制御棒の図示せぬ支持手段に制御棒の引抜又は挿入を指令して炉出力を制御する制御手段である。
再循環流量制御部６３は、図示せぬ復水器で主蒸気から復水された冷却水を原子炉１２に戻す際の再循環流量を制御する制御手段である。

信号処理部５０には、外部から原子力発電プラント１０の出力目標値Ａ１１と、発電機１７の実出力値Ａ１２とが入力される。出力目標値Ａ１１は、タービン負荷設定部５１と、偏差計算部５２とに入力される。また、出力目標値Ａ１１は、偏差計算部５２に入力される。

タービン負荷設定部５１は、出力目標値Ａ１１に基づいて、タービンの負荷量を設定し、設定されたタービンの負荷量を表すタービン負荷設定信号Ａ１３を加減弁開度設定部５３に出力する。加減弁開度設定部５３は、タービン負荷設定信号Ａ１３に基づいて、蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを設定し、設定された蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを表す加減弁開度設定信号Ａ１４を蒸気加減弁４０に出力する。蒸気加減弁４０の駆動手段（図示せぬ加減弁サーボ）は、加減弁開度設定信号Ａ１４に基づいて、設定された速度及び大きさに蒸気加減弁４０の開度を調整する。

また、偏差計算部５２は、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量を計算し、計算した偏差量を表す偏差信号Ａ１５を抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに出力する。

抽気弁開度設定部５４は、偏差信号Ａ１５に基づいて、抽気弁４１の開度の速度及び大きさを設定し、設定された抽気弁４１の開度の速度及び大きさを表す抽気弁開度設定信号Ａ１６を抽気弁４１に出力する。抽気弁４１の駆動手段（図示せぬ抽気弁サーボ）は、抽気弁開度設定信号Ａ１６に基づいて、設定された速度及び大きさに抽気弁４１の開度を調整する。

また、排気弁開度設定部５５は、偏差信号Ａ１５に基づいて、排気弁４２の開度の速度及び大きさを設定し、設定された排気弁４２の開度の速度及び大きさを表す排気弁開度設定信号Ａ１７を排気弁４２に出力する。排気弁４２の駆動手段（図示せぬ排気弁サーボ）は、排気弁開度設定信号Ａ１７に基づいて、設定された速度及び大きさに排気弁４２の開度を調整する。

炉出力設定部６０には、原子炉１２から炉出力を表す炉出力信号Ａ１８が入力される。炉出力信号Ａ１８は、制御棒引抜挿入指令部６２と、再循環流量制御部６３とに入力される。

制御棒引抜挿入指令部６２は、炉出力信号Ａ１８に基づいて、制御棒の位置を設定し、設定された位置への制御棒の移動を指示する制御棒引抜挿入指令Ａ１９を制御棒の図示せぬ支持手段に出力する。図示せぬ支持手段は、制御棒引抜挿入指令Ａ１９に基づいて、設定された位置へ制御棒を移動させて、原子炉１２の内部に配置された制御棒の支持手段に制御棒の引抜又は挿入を指令して炉出力を制御する。

また、再循環流量制御部６３は、炉出力信号Ａ１８に基づいて、再循環流量を設定し、設定された再循環流量を表す再循環流量制御信号Ａ２０を図示せぬ再循環ポンプに出力する。図示せぬ再循環ポンプは、再循環流量制御信号Ａ２０に基づいて、図示せぬ復水器で主蒸気から復水された冷却水を原子炉１２に戻す。これにより、出力制御装置１１は、原子炉１２の内部の水位を設定水位に保つ。

このように、出力制御装置１１は、原子炉１２で発生した蒸気により駆動されるタービン（高圧タービン１４）と、タービンにより駆動されて電力を発生する発電機１７と、タービンから流出した抽気蒸気の流量を調整する抽気弁４１と、タービンの排気系統に設置された排気弁４２と、を備える原子力発電プラント１０に対して用いられる。また、出力制御装置１１は、原子力発電プラントの出力目標値Ａ１１と発電機の実出力値Ａ１２とに基づいて、抽気弁と排気弁の開度を制御する信号処理部５０と、原子炉の炉出力を設定する炉出力設定部６０と、を備えている。

そして、高圧タービン１４（タービン）の負荷上げ時に、信号処理部５０は、抽気弁４１と排気弁４２の開度を絞ることで、一時的に高圧タービン１４の負荷上げ量を増加させるとともに、一時的に負荷上げ量を増加させている間に、炉出力設定部６０は、炉出力を上げる制御を行う。

このような出力制御装置１１は、高圧タービン１４（タービン）の負荷上げ時に、抽気弁４１と排気弁４２の開度を絞ることで、一時的に負荷上げ量を増加させるとともに、一時的に負荷上げ量を増加させている間に炉出力を上げる。これにより、出力制御装置１１は、負荷上げした後も発電機の出力を上げたままに維持することが可能である。

また、高圧タービン１４（タービン）の負荷下げ時に、信号処理部５０は、抽気弁４１と排気弁４２の開度を広げることで、一時的に高圧タービン１４の負荷下げ量を増加させるとともに、一時的に負荷下げ量を増加させている間に、炉出力設定部６０は、炉出力を下げる制御を行う。

このような出力制御装置１１は、高圧タービン１４（タービン）の負荷下げ時に、抽気弁４１と排気弁４２の開度を広げることで、一時的に負荷下げ量を増加させるとともに、一時的に負荷下げ量を増加させている間に炉出力を下げる。これにより、出力制御装置１１は、負荷下げした後も発電機の出力を下げたままに維持することが可能である。

以下、図１及び図２を用いて、出力制御装置１１の動作について説明する。ここでは、高圧タービン１４（タービン）の負荷上げ時の動作を重点的に説明し、高圧タービン１４（タービン）の負荷下げ時の動作については説明を省略する（他の実施形態も同様）。また、ここでは、偏差計算部５２から抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに信号を送信する際の出力制御装置１１の動作について重点的に説明する。

図１に示すように、出力制御装置１１の信号処理部５０には、外部から原子力発電プラント１０の出力目標値Ａ１１と発電機１７の実出力値Ａ１２とが入力される。そして、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２とが偏差計算部５２に入力される。

偏差計算部５２は、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量を計算し、計算した偏差量を表す偏差信号Ａ１５を抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに出力する。

抽気弁開度設定部５４は、偏差信号Ａ１５に基づいて、抽気弁４１の開度の速度及び大きさを設定し、設定された抽気弁４１の開度の速度及び大きさを表す抽気弁開度設定信号Ａ１６を抽気弁４１に出力する。ここでは、このとき出力される抽気弁開度設定信号Ａ１６が例えば図２に示す抽気量変化グラフＢ１１のような動作を抽気弁４１の駆動手段（図示せぬ抽気弁サーボ）に指示する内容になっているものとして説明する。抽気量変化グラフＢ１１は、抽気量の変化を表している。図２に示す例では、抽気量変化グラフＢ１１は、偏差信号Ａ１５に基づいて、初めは定格値である抽気量を時刻ａから時刻ｂまでの間下げさせる内容になっている。抽気弁４１の駆動手段（図示せぬ抽気弁サーボ）は、抽気弁開度設定信号Ａ１６に基づいて、設定された速度及び大きさに抽気弁４１の開度を調整する。

また、排気弁開度設定部５５は、偏差信号Ａ１５に基づいて、排気弁４２の開度の速度及び大きさを設定し、設定された排気弁４２の開度の速度及び大きさを表す排気弁開度設定信号Ａ１７を排気弁４２に出力する。ここでは、このとき出力される排気弁開度設定信号Ａ１７が例えば図２に示す排気量変化グラフＢ１２のような動作を排気弁４２の駆動手段（図示せぬ排気弁サーボ）に指示する内容になっているものとして説明する。排気量変化グラフＢ１２は、排気量の変化を表している。図２に示す例では、排気量変化グラフＢ１２は、偏差信号Ａ１５に基づいて、初めは定格値である抽気量を時刻ｃから時刻ｄまでの間下げさせる内容になっている。排気弁４２の駆動手段（図示せぬ排気弁サーボ）は、排気弁開度設定信号Ａ１７に基づいて、設定された速度及び大きさに排気弁４２の開度を調整する。

また、加減弁開度設定部５３は、タービン負荷設定信号Ａ１３に基づいて、蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを設定し、設定された蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを表す加減弁開度設定信号Ａ１４を蒸気加減弁４０に出力する。蒸気加減弁４０の駆動手段（図示せぬ加減弁サーボ）は、加減弁開度設定信号Ａ１４に基づいて、設定された速度及び大きさに蒸気加減弁４０の開度を調整する。

また、炉出力設定部６０Ａの制御棒引抜挿入指令部６２は、炉出力信号Ａ１８に基づいて、制御棒の位置を設定し、設定された位置への制御棒の移動を指示する制御棒引抜挿入指令Ａ１９を制御棒の図示せぬ支持手段に出力する。図示せぬ支持手段は、制御棒引抜挿入指令Ａ１９に基づいて、設定された位置へ制御棒を移動させて、原子炉１２の内部に配置された制御棒の支持手段に制御棒の引抜又は挿入を指令して炉出力を制御する。

また、炉出力設定部６０Ａの再循環流量制御部６３は、炉出力信号Ａ１８に基づいて、再循環流量を設定し、設定された再循環流量を表す再循環流量制御信号Ａ２０を図示せぬ再循環ポンプに出力する。図示せぬ再循環ポンプは、再循環流量制御信号Ａ２０に基づいて、図示せぬ復水器で主蒸気から復水された冷却水を原子炉１２に戻す。これにより、出力制御装置１１は、原子炉１２の内部の水位を設定水位に保つ。

抽気弁４１の駆動手段（図示せぬ抽気弁サーボ）が抽気弁４１の開度を調整するとともに排気弁４２の駆動手段（図示せぬ排気弁サーボ）が排気弁４２の開度を調整することにより、発電機１７の実出力値は、図２に示す出力変化グラフＢ１４の実線のように変化する。このときの発電機１７の実出力値の変化は、出力変化グラフＢ１４に点線で示す抽気の絞りのみの場合の変化よりも速度が速く、また、変化量が大きくなっている。

このような出力制御装置１１は、発電機出力への短時間での出力変更要求に対して、主蒸気の抽気及び排気により発電機出力を一時的に増加させ、その間に燃料棒の健全性を確保した状態で炉出力を上げることができる。これにより、原子力発電プラント１０の負荷追従性能を向上させることができる。

なお、時刻ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、偏差計算部５２から出力される偏差信号Ａ１５に基づいて、設定可能である。出力制御装置１１は、このような制御を行うことによって、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量から、抽気量及び排気量を変化させることが可能となる。

また、排気絞りによる出力向上は、抽気絞りによる出力向上と比較して、一時的に出力が上がるピーク動作を有するという利点がある。これは、排気絞り時に出力上げの律速（速さを律する、つまり、制御する要素）となる排気圧について、排気圧が飽和値となるまで一定の時間がかかるため、排気圧が飽和値になるまで出力上げの範囲が拡大することに起因する。そのため、原子力発電プラント１０の制御によって、図２の出力変化グラフＢ１４に示す通り、排気絞りによる発電機出力のピーク動作と、抽気絞りによる発電機出力上げを組み合わせることで、一時的な負荷追従性能の拡大と、排気圧が飽和した後の出力上げ量を増加させることが可能となる。

なお、本実施形態では出力上げ時の出力制御装置１１の制御動作について説明したが、出力制御装置１１は、出力下げ時にも同様の制御動作を行うことができる。

以上の通り、本実施形態１に係る出力制御装置１１によれば、発電機出力への短時間での出力変更要求に対して、主蒸気の抽気及び排気により発電機出力を一時的に増加させ、その間に燃料棒の健全性を確保した状態で炉出力を上げることができる。これにより、原子力発電プラント１０の負荷追従性能を向上させることができる。

［実施形態２］
前記した実施形態１に係る出力制御装置１１の抽気及び排気絞りによる発電機出力の向上は、抽気及び排気先の給水加熱器１９やドレンタンク２１の健全性の観点から、ある一定の期間しか開度を調節することができない可能性がある。したがって、前記した実施形態１に係る出力制御装置１１の発電機出力の向上は、一過的なものになる可能性がある。

そこで、本実施形態では、発電機出力の上昇後にも、上昇後の出力を維持できるよう、抽気及び排気絞りによる発電機出力の向上に加えて炉出力の向上も加えた制御を実現する出力制御装置１１Ａを提供する。

以下、図３及び図４を参照して、本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａの構成について説明する。図３は、本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａを備えた原子力発電プラント１０の概略構成図である。図４は、出力制御装置１１Ａの抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５と原子炉１２の制御ブロック図である。

図３に示すように、本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａは、実施形態１に係る出力制御装置１１（図１参照）と比較すると、信号処理部５０の代わりに信号処理部５０Ａを有するとともに、炉出力設定部６０の代わりに炉出力設定部６０Ａを有する点で相違している。

信号処理部５０Ａ（図３参照）は、信号処理部５０（図１参照）と比較すると、以下の点で相違している。
（１）出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量を計算する偏差計算部５６が付加されている点。
（２）偏差計算部５６によって計算された出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量（以下、「第１偏差量」と称する場合がある）を表す偏差信号Ａ３１が後記するタービン負荷偏差計算部５７と炉出力偏差計算部６１とに入力される点。
（３）タービン負荷設定部５１と加減弁開度設定部５３との間に、タービン負荷設定信号Ａ１３が表すタービンの負荷量と偏差信号Ａ３１が表す第１偏差量との間の偏差量（以下、「第２偏差量」と称する場合がある）を計算するタービン負荷偏差計算部５７が付加されている点。
（４）タービン負荷偏差計算部５７によって計算された第２偏差量を表す偏差信号Ａ３２が加減弁開度設定部５３に入力される点。

また、炉出力設定部６０Ａ（図３参照）は、炉出力設定部６０（図１参照）と比較すると、以下の点で相違している。
（１）炉出力信号Ａ１８と偏差信号Ａ３１との間の偏差量（以下、「第３偏差量」と称する場合がある）を計算する炉出力偏差計算部６１が付加されている点。
（２）炉出力偏差計算部６１によって計算された第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３が制御棒引抜挿入指令部６２と再循環流量制御部６３とに入力される点。

ところで、炉出力の向上による発電機出力の変更は、抽気及び排気絞りによる発電機出力の変更と比較すると、速度は遅いものの、出力上昇後もその出力を維持できる利点がある。つまり、抽気及び排気絞りによる発電機出力の変更は、出力上げ後の出力を維持することが容易でない代わりに、出力上げ速度に優れた炉出力上げ制御を実現することができる。一方、炉出力上げによる発電機出力の変更は、出力上げ速度に劣る代わりに、出力上げ後の出力を維持することが容易な炉出力上げ制御を実現することができる。本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａは、抽気及び排気絞りによる発電機出力の変更と、炉出力上げによる発電機出力の変更とを組み合わせた制御を実現する構成になっている。このような本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａは、出力上げ速度が速く、かつ出力上げ後の出力を維持する原子力発電プラント１０の出力制御を行うことができる。

以下、図３及び図４を用いて、出力制御装置１１Ａの動作について説明する。ここでは、偏差計算部５２から抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに信号を送信する際の出力制御装置１１Ａの動作について重点的に説明する。

図３に示すように、出力制御装置１１Ａの信号処理部５０には、外部から原子力発電プラント１０の出力目標値Ａ１１と発電機１７の実出力値Ａ１２とが入力される。そして、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２とが偏差計算部５２と偏差計算部５６とに入力される。

実施形態１に係る出力制御装置１１と同様に、本実施形態に係る出力制御装置１１Ａでは、偏差計算部５２は、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量を計算し、計算した偏差量を表す偏差信号Ａ１５を抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに出力する。

抽気弁開度設定部５４は、偏差信号Ａ１５に基づいて、抽気弁４１の開度の速度及び大きさを設定し、設定された抽気弁４１の開度の速度及び大きさを表す抽気弁開度設定信号Ａ１６を抽気弁４１に出力する。ここでは、このとき出力される抽気弁開度設定信号Ａ１６が例えば図２及び図４に示す抽気量変化グラフＢ１１のような動作を抽気弁４１の駆動手段（図示せぬ抽気弁サーボ）に指示する内容になっているものとして説明する。抽気弁４１の駆動手段（図示せぬ抽気弁サーボ）は、抽気弁開度設定信号Ａ１６に基づいて、設定された速度及び大きさに抽気弁４１の開度を調整する。

また、排気弁開度設定部５５は、偏差信号Ａ１５に基づいて、排気弁４２の開度の速度及び大きさを設定し、設定された排気弁４２の開度の速度及び大きさを表す排気弁開度設定信号Ａ１７を排気弁４２に出力する。ここでは、このとき出力される排気弁開度設定信号Ａ１７が例えば図２及び図４に示す排気量変化グラフＢ１２のような動作を排気弁４２の駆動手段（図示せぬ排気弁サーボ）に指示する内容になっているものとして説明する。排気弁４２の駆動手段（図示せぬ排気弁サーボ）は、排気弁開度設定信号Ａ１７に基づいて、設定された速度及び大きさに排気弁４２の開度を調整する。

一方、実施形態１に係る出力制御装置１１と異なり、本実施形態に係る出力制御装置１１Ａでは、偏差計算部５６は、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量（第１偏差量）を計算し、計算した第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１をタービン負荷偏差計算部５７と炉出力設定部６０Ａの炉出力偏差計算部６１とに出力する。

タービン負荷偏差計算部５７は、タービン負荷設定信号Ａ１３と第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１との間の偏差量（第２偏差量）を計算し、計算した第２偏差量を表す偏差信号Ａ３２を加減弁開度設定部５３に出力する。

加減弁開度設定部５３は、第２偏差量を表す偏差信号Ａ３２に基づいて、蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを設定し、設定された蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを表す加減弁開度設定信号Ａ１４ａを蒸気加減弁４０に出力する。蒸気加減弁４０の駆動手段（図示せぬ加減弁サーボ）は、加減弁開度設定信号Ａ１４ａに基づいて、設定された速度及び大きさに蒸気加減弁４０の開度を調整する。

また、炉出力設定部６０Ａの炉出力偏差計算部６１は、炉出力信号Ａ１８と第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１との間の偏差量（第３偏差量）を計算し、計算した第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３を制御棒引抜挿入指令部６２と再循環流量制御部６３とに出力する。

制御棒引抜挿入指令部６２は、第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３に基づいて、制御棒の位置を設定し、設定された位置への制御棒の移動を指示する制御棒引抜挿入指令Ａ１９ａを制御棒の図示せぬ支持手段に出力する。図示せぬ支持手段は、制御棒引抜挿入指令Ａ１９ａに基づいて、設定された位置へ制御棒を移動させて、原子炉１２の内部に配置された制御棒の支持手段に制御棒の引抜又は挿入を指令して炉出力を制御する。

また、再循環流量制御部６３は、第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３に基づいて、再循環流量を設定し、設定された再循環流量を表す再循環流量制御信号Ａ２０ａを図示せぬ再循環ポンプに出力する。図示せぬ再循環ポンプは、再循環流量制御信号Ａ２０ａに基づいて、図示せぬ復水器で主蒸気から復水された冷却水を原子炉１２に戻す。これにより、出力制御装置１１Ａは、原子炉１２の内部の水位を設定水位に保つ。

出力制御装置１１Ａは、加減弁開度設定信号Ａ１４ａによる蒸気加減弁４０の開度の調整制御、制御棒引抜挿入指令Ａ１９ａによる制御棒の引抜又は挿入制御、及び、再循環流量制御信号Ａ２０ａによる再循環流量の調整制御により、例えば図４に示す炉出力制御パターンＢ１３のように変化する炉出力制御を実現することができる。

その結果、出力制御装置１１Ａは、図４に示す出力変化グラフＢ１４ａの実線のように変化する発電機１７の実出力値を実現することができる。このときの発電機１７の実出力値の変化は、出力変化グラフＢ１４ａに点線で示す抽気の絞りのみの場合の変化よりも速度が速く、また、変化量が大きくなっている。しかも、本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａで実現される実出力値は、実施形態１に係る出力制御装置１１で実現される実出力値（図２の出力変化グラフＢ１４参照）と比較すると、一旦、出力目標値Ａ１１付近まで上昇した後に低下し、その後に、出力目標値Ａ１１まで再度上昇するように変化する点で相違している。

つまり、抽気弁及び排気弁の開度制御の動作については、本実施形態に係る出力制御装置１１Ａの動作は、実施形態１に係る出力制御装置１１の動作と同様である。一方、炉出力の制御の動作については、本実施形態に係る出力制御装置１１Ａの動作は、実施形態１に係る出力制御装置１１の動作と比較すると、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１が炉出力設定部６０に送られる点で相違している。そして、本実施形態に係る出力制御装置１１Ａは、例えば図４に示す炉出力制御パターンＢ１３のように炉出力を変化（上昇）させる。炉出力上げの時刻は、排気絞りを開始する時刻ｃと同時刻に設定される。出力制御装置１１Ａは、図４に示す出力変化グラフＢ１４ａのように、排気絞りによる一時的な出力上げ制御が行われている間に、炉出力を上昇させることにより、目的となる発電機出力をより素早く達成することが可能となる。

なお、本実施形態では出力上げ時の出力制御装置１１Ａの制御動作について説明したが、出力制御装置１１Ａは、出力下げ時にも同様の制御動作を行うことができる。

以上の通り、本実施形態２に係る出力制御装置１１Ａによれば、実施形態１に係る出力制御装置１１と同様に、原子力発電プラント１０の負荷追従性能を向上させることができる。

［実施形態３］
実施形態２に係る出力制御装置１１Ａでは、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との差が大きくなり、炉出力を急激に上昇（変化）させる場合に、炉心の燃料棒が急激な温度変化により破損する等の障害が発生する可能性があるため、燃料棒の健全性を保つことが好ましい。

そこで、本実施形態では、そのような燃料棒の健全性を保つことができる出力制御装置１１Ｂを提供する。

以下、図５及び図６を参照して、本実施形態３に係る出力制御装置１１Ｂの構成について説明する。図５は、本実施形態３に係る出力制御装置１１Ｂを備えた原子力発電プラント１０の概略構成図である。図６は、出力制御装置１１Ｂの抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５と原子炉１２の制御ブロック図である。

図５に示すように、本実施形態３に係る出力制御装置１１Ｂは、実施形態２に係る出力制御装置１１Ａ（図３参照）と比較すると、信号処理部５０Ａの代わりに信号処理部５０Ｂを有する点で相違している。

信号処理部５０Ｂ（図５参照）は、信号処理部５０Ａ（図３参照）と比較すると、以下の点で相違している。
（１）偏差計算部５６とタービン負荷偏差計算部５７との間及び偏差計算部５６と炉出力設定部６０の炉出力偏差計算部６１との間に、変化率制限部５９が付加されている点。
（２）外部に配置された評価装置５８から燃料棒の健全性の評価を表す燃料棒健全性評価信号Ａ９９が変化率制限部５９に入力される点。
（３）変化率制限部５９は、燃料棒の健全性に問題がある場合に、偏差信号Ａ３１の代わりに、炉出力の変更に制限をかける内容になっている偏差信号Ａ３１ａをタービン負荷偏差計算部５７と炉出力設定部６０の炉出力偏差計算部６１とに出力する点。
（４）制御棒引抜挿入指令部６２は、制御棒引抜挿入速度に制限をかけるとともに、再循環流量制御部６３は、再循環流量に制限をかける点。

なお、燃料棒の健全性に問題があるか否かの評価は、炉心燃料棒の最大線出力密度に基づいて行うことができる。又は、燃料棒の健全性に問題があるか否かの評価は、燃料棒の燃焼度履歴に基づいて行うこともできる。又は、燃料棒の健全性に問題があるか否かの評価は、原子炉１２に対して設定された安全最小限界出力比に基づいて行うこともできる。

以下、図５及び図６を用いて、出力制御装置１１Ｂの動作について説明する。ここでは、偏差計算部５２から抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに信号を送信する際の出力制御装置１１Ｂの動作について重点的に説明する。

図５に示すように、出力制御装置１１Ｂの信号処理部５０には、外部から原子力発電プラント１０の出力目標値Ａ１１と発電機１７の実出力値Ａ１２とが入力される。そして、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２とが偏差計算部５２と偏差計算部５６とに入力される。

他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａと同様に、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂでは、偏差計算部５２は、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の偏差量を計算し、計算した偏差量を表す偏差信号Ａ１５を抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５とに出力する。本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂの抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５の動作は、他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａの抽気弁開度設定部５４と排気弁開度設定部５５の動作と同じである。また、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂの偏差計算部５６の動作は、他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａの偏差計算部５６の動作と同じである。

ただし、他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａと異なり、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂでは、偏差計算部５６によって計算された第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１が変化率制限部５９に入力される。また、外部に配置された評価装置５８から燃料棒の健全性の評価を表す燃料棒健全性評価信号Ａ９９が変化率制限部５９に入力される。評価装置５８は、燃料棒の健全性を評価する装置である。

変化率制限部５９は、燃料棒健全性評価信号Ａ９９に基づいて、燃料棒の健全性に問題があるか否かを判定する。そして、燃料棒の健全性に問題がある場合に、変化率制限部５９は、偏差計算部５６から出力された偏差信号Ａ３１の代わりに、偏差信号Ａ３１ａをタービン負荷偏差計算部５７と炉出力設定部６０の炉出力偏差計算部６１とに出力する。

偏差信号Ａ３１ａが入力されたタービン負荷偏差計算部５７は、タービン負荷設定信号Ａ１３と偏差信号Ａ３１ａとの間の偏差量（第２偏差量）を計算し、計算した第２偏差量を表す偏差信号Ａ３２ａを加減弁開度設定部５３に出力する。

加減弁開度設定部５３は、第２偏差量を表す偏差信号Ａ３２ａに基づいて、蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを設定し、設定された蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさを表す加減弁開度設定信号Ａ１４ｂを蒸気加減弁４０に出力する。この加減弁開度設定信号Ａ１４ｂは、実施形態２の加減弁開度設定信号Ａ１４ａ（図３参照）と異なり、蒸気加減弁４０の開度の速度及び大きさに制限をかける内容を含んでいる。蒸気加減弁４０の駆動手段（図示せぬ加減弁サーボ）は、加減弁開度設定信号Ａ１４ｂに基づいて、設定された速度及び大きさに蒸気加減弁４０の開度を調整する。

また、炉出力設定部６０の炉出力偏差計算部６１は、炉出力信号Ａ１８と第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１ａとの間の偏差量（第３偏差量）を計算し、計算した第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３ａを制御棒引抜挿入指令部６２と再循環流量制御部６３とに出力する。

制御棒引抜挿入指令部６２は、第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３ａに基づいて、制御棒の位置を設定し、設定された位置への制御棒の移動を指示する制御棒引抜挿入指令Ａ１９ｂを制御棒の図示せぬ支持手段に出力する。この制御棒引抜挿入指令Ａ１９ｂは、実施形態２の制御棒引抜挿入指令Ａ１９ａ（図３参照）と異なり、制御棒引抜挿入速度に制限をかける内容を含んでいる。図示せぬ支持手段は、制御棒引抜挿入指令Ａ１９ｂに基づいて、設定された位置へ制御棒を移動させて、原子炉１２の内部に配置された制御棒の支持手段に制御棒の引抜又は挿入を指令して炉出力を制御する。

また、再循環流量制御部６３は、第３偏差量を表す偏差信号Ａ３３ａに基づいて、再循環流量を設定し、設定された再循環流量を表す再循環流量制御信号Ａ２０ｂを図示せぬ再循環ポンプに出力する。この再循環流量制御信号Ａ２０ｂは、実施形態２の再循環流量制御信号Ａ２０ａ（図３参照）と異なり、再循環流量に制限をかける内容を含んでいる。図示せぬ再循環ポンプは、再循環流量制御信号Ａ２０ｂに基づいて、図示せぬ復水器で主蒸気から復水された冷却水を原子炉１２に戻す。これにより、出力制御装置１１Ｂは、原子炉１２の内部の水位を設定水位に保つ。

このような出力制御装置１１Ｂでは、制御棒引抜挿入指令部６２は、制御棒引抜挿入速度に制限をかける。また、炉出力偏差計算部６１は、再循環流量（原子炉１２に戻す冷却水の流量）に制限をかける。

出力制御装置１１Ｂは、加減弁開度設定信号Ａ１４ｂによる蒸気加減弁４０の開度の調整制御、制御棒引抜挿入指令Ａ１９ｂによる制御棒の引抜又は挿入制御、及び、再循環流量制御信号Ａ２０ｂによる再循環流量の調整制御により、例えば図６に示す炉出力制御パターンＢ１３ｂのように変化する炉出力制御を実現することができる。

その結果、出力制御装置１１Ｂは、図６に示す出力変化グラフＢ１４ｂの実線のように変化する発電機１７の実出力値を実現することができる。本実施形態３に係る出力制御装置１１Ｂで実現される実出力値は、実施形態２に係る出力制御装置１１Ａで実現される実出力値（図４の出力変化グラフＢ１４ａ参照）と比較すると、制限値ＡＺが設定されている点で相違している。

つまり、抽気弁及び排気弁の開度制御の動作については、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂの動作は、他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａの動作と同様である。一方、炉出力の制御の動作については、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂの動作は、実施形態２に係る出力制御装置１１Ａの動作と比較すると、実出力値Ａ１２に制限を設定している点で相違している。具体的には、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂは、出力目標値Ａ１１と実出力値Ａ１２との間の第１偏差量を表す偏差信号Ａ３１ａが炉出力設定部６０に送られる。これを受けて、出力制御装置１１Ｂは、例えば図６に示す炉出力制御パターンＢ１３ｂのように炉出力を変化（上昇）させる。炉出力上げの時刻は、排気絞りを開始する時刻ｃと同時刻に設定される。出力制御装置１１Ｂは、偏差信号Ａ３１と燃料棒健全性評価信号Ａ９９とを変化率制限部５９で比較し、炉出力上げ要求の速度が燃料棒健全性評価信号Ａ９９で規定された速度を上回った場合に、変化率制限部５９で設定された値以下に炉出力速度を設定する。これにより、本実施形態に係る出力制御装置１１Ｂは、図６に示す出力変化グラフＢ１４ｂのように、原子力発電プラント１０の負荷追従運転時に、燃料棒の健全性の制限値ＡＺを超えない範囲で、負荷追従運転が可能となる。この偏差出力信号と、燃料棒の健全性を評価する評価装置５８からの燃料棒健全性評価信号Ａ９９とを変化率制限部５９で比較し、変化率制限部５９からの信号を炉出力上げ要求の速度が上回った場合は、炉出力速度を変化率制限部で設定された値以下とする。この原子力発電プラントの制御による出力変化グラフＢ１４ｂに示す通り、原子力発電プラントの負荷追従時に燃料棒健全性の制限値ＡＺを超えない範囲での負荷追従が可能となる。

制限値ＡＺは、原子力発電プラント１０の負荷追従運転時に燃料棒の健全性を確保するための制限値である。制限値ＡＺは、炉心燃料棒の最大線出力密度、燃料棒の燃焼度履歴、原子炉１２に対して設定された安全最小限界出力比等から設定される。制限値ＡＺは、燃料棒健全性評価信号Ａ９９に含むようにしてもよい。又は、制限値ＡＺは、変化率制限部５９が燃料棒健全性評価信号Ａ９９に基づいて設定するようにしてもよい。

以上の通り、本実施形態３に係る出力制御装置１１Ｂによれば、他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａと同様に、原子力発電プラント１０の負荷追従性能を向上させることができる。

［実施形態４］
本実施形態では、原子力発電プラント１０で過去に実施されたタービンの負荷変更運転時の実績レートを記憶部に記憶しておき、その実績レートを利用するようにした出力制御装置１１Ｃを提供する。

以下、図７を参照して、本実施形態４に係る出力制御装置１１Ｃの構成について説明する。図７は、本実施形態４に係る出力制御装置１１Ｃを備えた原子力発電プラント１０の概略構成図である。

図７に示すように、本実施形態４に係る出力制御装置１１Ｃは、実施形態１に係る出力制御装置１１（図１参照）と比較すると、実績レート記憶部７１を有する点で相違している。

実績レート記憶部７１は、原子力発電プラント１０で過去に実施されたタービンの負荷変更運転時の実績レートを記憶する記憶部である。実績レート記憶部７１には、原子力発電プラント１０で過去に実施されたタービンの負荷上げ運転時の負荷上げ実績レートＡ７１ａとタービンの負荷下げ運転時の負荷下げ実績レートＡ７１ｂとが記憶されている。なお、実績レート記憶部７１は、出力制御装置１１Ｃの外部に配置するようにしてもよい。

負荷上げ実績レートＡ７１ａと負荷下げ実績レートＡ７１ｂは、原子力発電プラント１０の運転時に実績レート記憶部７１からタービン負荷設定部５１に出力される。

タービン負荷設定部５１は、タービンの負荷上げ時に、実績レート記憶部７１に記録された負荷上げ実績レートＡ７１ａよりも現在のタービンの負荷量が低くなるように設定する。

また、タービン負荷設定部５１は、タービンの負荷下げ時に、実績レート記憶部７１に記録された負荷下げ実績レートＡ７１ｂよりも現在のタービンの負荷量が高くなるように設定する。

このような本実施形態４に係る出力制御装置１１Ｃによれば、他の実施形態に係る出力制御装置１１，１１Ａ，１１Ｂと同様に、原子力発電プラント１０の負荷追従性能を向上させることができる。
しかも、出力制御装置１１Ｃによれば、タービンの負荷上げ時に、過去に記録された負荷上げ実績レートＡ７１ａよりも現在のタービンの負荷量が低くなるように、原子力発電プラント１０を制御することができる。また、タービンの負荷下げ時に、過去に記録された負荷下げ実績レートＡ７１ｂよりも現在のタービンの負荷量が高くなるように、原子力発電プラント１０を制御することができる。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０ 原子力発電プラント
１１，１１Ａ，１１Ｂ 出力制御装置
１２ 原子炉
１３ 制御棒
１４ 高圧タービン（タービン）
１５ 気水分離機
１６ 低圧タービン
１７ 発電機
１８ 低圧給水加熱器
１９ 給水加熱器
２０ 高圧給水加熱器
２１ ドレンタンク
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８ 配管
３９ 配管（排気系統）
４０ 蒸気加減弁（加減弁）
４１ 抽気弁
４２ 排気弁
５０，５０Ａ，５０Ｂ 信号処理部
５１ タービン負荷設定部
５２ 偏差計算部
５３ 加減弁開度設定部
５４ 抽気弁開度設定部
５５ 排気弁開度設定部
５６ 偏差計算部
５７ タービン負荷偏差計算部
５８ 評価装置
５９ 変化率制限部
６０，６０Ａ 炉出力設定部
６１ 炉出力偏差計算部
６２ 制御棒引抜挿入指令部
６３ 再循環流量制御部
７１ 実績レート記憶部（記憶部）
Ａ１１ 出力目標値
Ａ１２ 実出力値
Ａ１３ タービン負荷設定信号
Ａ１４，Ａ１４ａ 加減弁開度設定信号
Ａ１５ 偏差信号
Ａ１６ 抽気弁開度設定信号
Ａ１７ 排気弁開度設定信号
Ａ１８ 炉出力信号（炉出力）
Ａ１９，Ａ１９ａ，Ａ１９ｂ 制御棒引抜挿入指令（位置）
Ａ２０，Ａ２０ａ，Ａ２０ｂ 再循環流量制御信号（再循環流量）
Ａ３１，Ａ３１ａ 偏差信号（第１偏差量）
Ａ３２，Ａ３２ａ 偏差信号（第２偏差量）
Ａ３３，Ａ３３ａ 偏差信号（第３偏差量）
Ａ７１ａ 負荷上げ実績レート
Ａ７１ｂ 負荷下げ実績レート
Ａ９９ 燃料棒健全性評価信号（燃料棒健全性評価）
ＡＺ 制限値
Ｂ１１ 抽気量変化グラフ
Ｂ１２ 排気量変化グラフ
Ｂ１３，Ｂ１３ｂ 炉出力制御パターン
Ｂ１４，Ｂ１４ａ，Ｂ１４ｂ 出力変化グラフ

Claims (12)

1. 原子炉で発生した蒸気により駆動されるタービンと、前記タービンにより駆動されて電力を発生する発電機と、前記タービンから流出した抽気蒸気の流量を調整する抽気弁と、前記タービンの排気系統に設置された排気弁と、を備える原子力発電プラントに対して、前記原子力発電プラントの出力目標値と前記発電機の実出力値とに基づいて、前記抽気弁と前記排気弁の開度を制御する信号処理部と、
   前記原子炉の炉出力を設定する炉出力設定部と、を備え、
   前記タービンの負荷上げ時に、前記信号処理部は、前記抽気弁と前記排気弁の開度を絞ることで、一時的に前記タービンの負荷上げ量を増加させるとともに、一時的に前記負荷上げ量を増加させている間に、前記炉出力設定部は、前記炉出力を上げる制御を行う
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
2. 請求項１に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記タービンの負荷下げ時に、前記信号処理部は、前記抽気弁と前記排気弁の開度を広げることで、一時的に前記タービンの負荷下げ量を増加させるとともに、一時的に前記負荷下げ量を増加させている間に、前記炉出力設定部は、前記炉出力を下げる制御を行う
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
3. 請求項１に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記信号処理部は、
   前記出力目標値に基づいて、前記タービンの負荷量を設定するタービン負荷設定部と、
   前記タービン負荷設定部によって設定された前記タービンの負荷量に基づいて、前記タービンに供給される主蒸気の量を制御する加減弁の開度を設定する加減弁開度設定部と、
   前記出力目標値と前記実出力値との間の偏差量を計算する偏差計算部と、
   前記偏差計算部によって計算された偏差量に基づいて前記抽気弁の開度を設定する抽気弁開度設定部と、
   前記偏差計算部によって計算された偏差量に基づいて前記排気弁の開度を設定する排気弁開度設定部と、を有する
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
4. 請求項３に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記信号処理部は、前記タービン負荷設定部と前記加減弁開度設定部との間に、前記出力目標値と前記実出力値との間の第１偏差量とし、前記タービン負荷設定部によって設定された前記タービンの負荷量と前記第１偏差量との間の第２偏差量を計算するタービン負荷偏差計算部を有し、
   前記加減弁開度設定部は、前記第２偏差量に基づいて、前記加減弁の開度を設定する
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
5. 請求項１に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記炉出力設定部は、
   前記原子炉の内部に配置された制御棒の支持手段に前記制御棒の引抜又は挿入を指令して炉出力を制御する制御棒引抜挿入指令部と、
   復水器で主蒸気から復水された水を前記原子炉に戻す際の再循環流量を制御する再循環流量制御部と、を有し、
   前記制御棒引抜挿入指令部は、前記原子炉の炉出力に基づいて、前記制御棒の位置を設定するとともに、
   前記再循環流量制御部は、前記原子炉の炉出力に基づいて、前記再循環流量を設定する
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
6. 請求項５に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記炉出力設定部は、前記出力目標値と前記実出力値との間の第１偏差量とし、前記原子炉の炉出力と前記第１偏差量との間の第３偏差量を計算する炉出力偏差計算部を有し、
   前記制御棒引抜挿入指令部は、前記第３偏差量に基づいて、前記制御棒の位置を設定するとともに、
   前記再循環流量制御部は、前記第３偏差量に基づいて、前記再循環流量を設定する
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
7. 請求項５に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   評価装置によって評価された燃料棒の健全性に問題がある場合に、前記制御棒引抜挿入指令部は、制御棒引抜挿入速度に制限をかけるとともに、前記再循環流量制御部は、前記再循環流量に制限をかける
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
8. 請求項７に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記燃料棒の健全性に問題があるか否かの評価は、最大線出力密度に基づいて行われる
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
9. 請求項７に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
   前記燃料棒の健全性に問題があるか否かの評価は、燃焼度履歴に基づいて行われる
   ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
10. 請求項７に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
    前記燃料棒の健全性に問題があるか否かの評価は、安全最小限界出力比に基づいて行われる
    ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
11. 請求項３に記載の原子力発電プラントの出力制御装置において、
    前記原子力発電プラントで過去に実施された前記タービンの負荷上げ運転時の負荷上げ実績レートと前記タービンの負荷下げ運転時の負荷下げ実績レートとを記録する記録部を更に備え、
    前記タービン負荷設定部は、
    前記タービンの負荷上げ時に、前記記録部に記録された前記負荷上げ実績レートよりも現在の前記タービンの負荷量が低くなるように設定するとともに、
    前記タービンの負荷下げ時に、前記記録部に記録された前記負荷下げ実績レートよりも現在の前記タービンの負荷量が高くなるように設定する
    ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制御装置。
12. 原子炉で発生した蒸気により駆動されるタービンと、前記タービンにより駆動されて電力を発生する発電機と、前記タービンから流出した抽気蒸気の流量を調整する抽気弁と、前記タービンの排気系統に設置された排気弁と、を備える原子力発電プラントに対して、前記タービンの負荷上げ時に、前記抽気弁と前記排気弁の開度を絞ることで、一時的に前記タービンの負荷上げ量を増加させるとともに、一時的に前記負荷上げ量を増加させている間に、前記原子炉の炉出力を上げる制御を行い、一方、前記タービンの負荷下げ時に、前記抽気弁と前記排気弁の開度を広げることで、一時的に前記タービンの負荷下げ量を増加させるとともに、一時的に前記負荷下げ量を増加させている間に、前記原子炉の炉出力を下げる制御を行う
    ことを特徴とする原子力発電プラントの出力制方法。

Images