JP2507516B2

JP2507516B2 - 原子炉制御装置

Info

Publication number: JP2507516B2
Application number: JP63042045A
Authority: JP
Inventors: 光夫木下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH01217296A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、原子炉制御装置に係り、特に沸騰水型原子
炉の起動時における制御棒操作を行うのに好適な原子炉
制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉プラントの起動時においては、制御棒
の引抜き操作にて、原子炉を未臨界状態から臨界状態に
した後、原子炉の温度及び圧力を所定値まで上昇させ
る。その温度及び圧力が所定値に達した後、更に制御棒
を引抜いて原子炉出力を上昇させる。このような制御棒
操作は、現在、運転員の的確な判断により行われてい
る。しかし、原子炉プラントの運転の省力化及び原子炉
プラントの起動時間の短縮などを目的として、将来、自
動化することが要望されるものと考えられる。

このような原子炉起動時の自動化に関する例として
は、特開昭52−67487号公報「原子炉の自動起動装置」
がある。この従来例は、原子炉の起動時において、
（１）原子炉への熱衝撃を防止するため温度変化率をそ
の目標値に一致するように制御すること、（２）制御棒
操作による投入反応度が制御棒のＸ−Ｙ座標（半径方向
位置）を引抜き位置（軸方向位置）により変化するの
で、この変化を補償するため、温度変化率制御に用いる
制御定数を制御棒の座標と引抜き位置に基づいて変更す
ることを行つている。

〔発明が解決しようとする課題〕

発明者は、上記の従来例を検討した結果、以下に示す
問題が新たに生じることを見付けた。すなわち制御棒操
作による投入反応度は、制御棒のＸ−Ｙ座標と引抜き位
置の他、当該制御棒の周囲の制御棒の引抜き位置や炉水
温度などにより複雑に変化するという特性がある。しか
しながら、上記従来例では、（１）当該制御棒の周囲の
制御棒の引抜き位置や炉水温度による投入反応度の変化
を考慮しておらず、かつ、（２）温度変化率を制御する
前に投入反応度の変化に対応した適切な制御定数を設定
することが難しい、という欠点がある。したがつて、上
記従来例では、制御棒操作による投入反応度の複雑な変
化に適応しきれず、温度変化率の安定性と速応性に関す
る制御性能が悪いという問題がある。すなわち、温度変
化率が変動して制限値（例えば55℃ｈ）を超過したり、
温度変化率の応答が遅すぎるという問題がある。

本発明の目的は、温度変化率を制限値以下に維持しな
がら短時間で原子炉の温度を上昇させることができる原
子炉制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、原子炉出力をフイードバツクしながら制
御定数を自動的に調整することにより達成できる。

本発明は、温度変化率の目標値との偏差および原子炉
出力の目標値との偏差とを含む状態量に基づいて、温度
変化率の制御に用いる制御定数を自動的に調整する第１
の手段と、温度変化率や原子炉出力の特性を表示装置に
表示する第２の手段を設けたことを特徴とする。

本発明の第２の特徴は、原子炉の温度変化率とその目
標値との偏差および原子炉出力に基づいて、上記温度変
化率の制御に用いる制御定数を増加すべきか減少すべき
かに関するルール（規則）を自動的に選択し、選択した
ルールに従つて上記制御定数を自動的に調整するように
したことである。

〔作用〕応答性が悪い原子炉炉水の温度変化率TCを制御する際
には、まず温度変化率TCの目標値(TC)_rとの偏差ΔTC
（＝(TC)_r−TC）と制御定数ｋを用いて原子炉出力の目
標値(PC)_rを決定し（このときの演算が温度変化率制
御）、次にこの目標値(PO)_rに応答性が良い原子炉出力P
Oが追従するように制御棒を自動操作する。

〔実施例〕

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例で
ある原子炉制御装置を、第１図及び第２図に基づいて説
明する。第２図に基づいて、沸騰水型原子炉及び本実施
例の概要を説明する。沸騰水型原子炉の通常運転時で
は、原子炉圧力容器１内の炉心２で発生した蒸気は、原
子炉圧力容器１から吐出された後、主蒸気管４を通つて
蒸気タービン（図示せず）に導かれ、復水器（図示せ
ず）にて凝縮されて水になる。この水は、図示されてい
ないが復水ポンプ及び給水ポンプにて昇圧されて給水加
熱器で加熱され、給水配管８により給水として原子炉圧
力容器１内に戻される。沸騰水型原子炉の通常運転時に
おていは、主蒸気加減弁５が開状態に及びバイパス弁７
が閉状態になつており、前述の復水器に負圧に保持する
機能を有する空気抽出器（図示せず）に抽気管９により
蒸気が供給されている。バイパス弁６は、主蒸気管４と
復水器とを接続するバイパス配管６に設けられる。沸騰
水型原子炉の原子炉出力は、炉心２内に挿入されている
制御棒10の引抜きまたは挿入操作により調節される。制
御棒駆動装置11は、そのような制御棒10の操作を行う。

沸騰水型原子炉の起動時においては、特開昭52−6748
7号公報の第２図に示すような運転が行われる。本実施
例の原子炉制御装置は、上記公開公報の第２図のt₂〜t₄
の間の制御を実施するものである。

本実施例の原子炉制御装置は、制御棒自動操作装置1
2,制御棒位置制御装置13,制御棒操作監視装置14,圧力制
御装置15,中央監視制御盤16を有している。更に、本実
施例は、検出器として圧力検出器17,温度検出器18及び
原子炉出力検出器である中性子検出器20を有し、温度変
化率演算器19及び原子炉出力変化率演算器20を有してい
る。

圧力検出器17にて検出された原子炉圧力PRは、制御棒
自動操作装置12,圧力制御装置15及び中央監視制御盤16
に入力さてる。温度検出器18にて測定された原子炉温度
は、温度変化率演算器19に入力される。温度変化率演算
器19は、入力した原子炉温度に基づいて温度変化率TCを
求める。この温度変化率TCは、制御棒自動操作装置12及
び中央監視制御盤16に入力される。中性子検出器20にて
測定された原子炉出力POは、制御棒自動操作装置12,制
御棒操作監視装置14,中央監視制御盤16及び原子炉出力
変化率演算器21に入力される。原子炉出力変化率演算器
21は、原子炉出力POに基づいて原子炉出力変化率POCを
求め、この原子炉出力変化率POCを制御棒自動操作装置1
2,制御棒操作監視装置14及び中央監視制御盤16に出力す
る。制御棒操作監視装置14の出力端は、制御棒自動操作
装置12及び制御棒位置制御装置13に接続される。制御棒
位置制御装置13は、制御棒駆動装置11に連絡されてい
る。

中央監視制御盤16は、表示装置16Aを有し、温度変化
率の目標値(TC)_r及び原子炉圧力の目標値(PR)_rを設定す
る。設定された原子炉圧力の目標値(PR)_rは、制御棒自
動操作装置12及び圧力制御装置15に出力される。また、
温度変化率の目標値(TC)_rは、制御棒自動操作装置12に
出力される。

制御棒自動操作装置12の詳細構成を第１図に基づいて
説明する。制御棒自動操作装置12は、制御定数自動調整
手段12A,温度変化率制御手段12B,制御棒操作タイミング
決定手段12C,メモリ12D,及び加算器12E,12F及び12Gを備
えている。加算器12Fの入力端は、中央監視制御盤16及
び温度変化率演算器19に接続され、温度変化率目標値(T
C)_r及び温度変化率TCを入力する。加算器12Fの出力端
は、制御定数自動調整手段12A及び温度変化率制御手段1
2Bに接続されている。加算器12Gの入力端は、温度変化
率制御手段12Bの出力端及び中性子検出器20に連絡さ
れ、温度変化率制御手段12Bの出力である原子炉出力目
標値(PO)_r及び中性子検出器20の出力である原子炉出力P
Oが入力される。加算器12Gの出力端は、制御定数自動調
整手段12A及び制御棒操作タイミング決定手段12Cに接続
される。制御棒操作タイミング決定手段12Cの出力端
は、制御棒位置制御手段13に接続されている。制御定数
自動調整手段12Aは、加算器12Eの出力端及び原子炉出力
変化率演算器20にも接続されている。加算器12Eの入力
端は、圧力計17の出力である原子炉圧力PR及び中央監視
制御盤16にて設定された原子炉圧力目標値(PR)_rを入力
する。制御定数自動調整手段12Aの出力端は、温度変化
率制御手段12Bに接続され、制御定数ｋを出力する。

表示装置16Aは、温度変化率TC,原子炉出力PO及び原子
炉出力目標値(PO)_rを入力すると共に、中央監視制御盤1
6にて設定された温度変化率目標値(TC)_rを表示のために
入力する。

以上に述べた構成を有する本実施例の原子炉制御装置
の動作の概要を以下に説明する。原子炉圧力容器１内の
炉水３の温度を上昇させる原子炉起動時の昇温昇圧時に
おける沸騰水型原子炉プラントの状態は、原子炉出力が
約１％以下、復水器の真空度を調節する空気抽出器等へ
の蒸気の流出流量が0.1％程度、原子炉圧力容器１内へ
の給水の流量が0.1％程度であり、主蒸気加減弁９が全
閉となつている。また、原子炉圧力PRがその目標値(PR)
_rに到達する前は、タービンバイパス弁10を全閉にし、
極力、蒸気を原子炉圧力容器１内に閉じ込めながら炉水
３の温度を上昇させる。いわゆる原子炉の昇温昇圧操作
が行われるのである。

主な運転制御条件は、原子炉圧力容器１への熱衝撃を
防止するための炉水３の温度変化率TCを制限値（55℃/
h）以下に維持すること、及び炉周期を20秒以上（炉周
期の逆数に対応する中性子束変化率POCを0.05
（秒^−１）以下）に維持することである。従つて、本実
施例においては、（ｉ）上記運転制限条件を満足しながら制御棒を自動的
に操作すること、及び（ii）温度変化率TCの安定性と速応性に関する制御性能
を向上させることにより、制限値に近い目標の温度変化
率(TC)_rで短時間に原子炉１を昇温昇圧することが要求される。

この昇温昇圧時における原子炉出力POと温度変化率TC
との静的な関係は、次式でほぼ近似できる。

TC＝（PO−LOSS）/CAP …（１）ここで、LOSSは原子炉の熱損失（雰囲気への放熱と空気
抽出器などへの蒸気流出）であり、CAPは原子炉の熱容
量である。（１）式より、応答の遅い温度変化率TCは、
応答の速い原子炉出力POを調整することによつて制御で
きることがわかる。

そこで、制御棒自動操作装置12の温度変化率制御手段
12Bは、温度変化率演算器19の出力である温度変化率TC
が温度変化率目標値(TC)_rに一致するように、原子炉出
力の目標値(PO)_rを決定する。制御棒操作タイミング決
定手段12C部は、中性子検出器20にて計測した原子炉出
力POが原子炉出力目標値(PO)_rに追従するように、制御
棒10の操作タイミングを判定し、制御棒10を操作すべき
であると判定したときは制御棒操作信号ｄを制御棒位置
制御装置６に出力する。制御棒位置制御装置13は、約20
0本の制御棒10の中から引抜き手順に従つた制御棒10の
引抜き位置を、制御棒駆動装置11に駆動信号ｆを出力し
ながら調整する。制御棒監視装置14は、入力される原子
炉出力PO及び原子炉出力変化率POCに基づいて炉周期な
どを監視し、制限条件を違反した場合は制御棒10の引抜
きを阻止する信号ｍを出力する。このようにして、原子
炉圧PRが原子炉圧力目標値(PR)_rに到達するまで原子炉
を昇温昇圧する。原子炉圧力PRが原子炉圧力目標値(PR)
_rに到達した場合は、制御棒10の操作を中断し、圧力制
御装置15を動作させてタービンバイパス弁７の開度を調
整することにより原子炉圧力PRが原子炉圧力目標値(PR)
_rに一致するように制御する。

以上が本実施例における原子炉制御装置の概要であ
る。次に本実施例の詳細な動作を制御棒自動操作装置12
等を中心に説明する。

加算器12Fは、温度変化率TCと温度変化率目標値(TC)_r
との偏差ΔTCを求め、この偏差ΔTCを制御定数自動調整
手段12A及び温度変化率制御手段12Bに出力する。温度変
化率制御手段12Bは、入力した偏差ΔTC及び制御定数自
動調整手段12Aから入力した制御定数ｋに基づいて原子
炉出力目標値(PO)_rを決定する。制御定数自動調整手段1
2Aにおける制御定数ｋの求め方については、後述する。
温度変化率制御手段12Bは、基本的には温度変化率TCが
その目標値(TC)_rに一致するように、原子炉出力目標値
(PO)_rを決めるのである。温度変化率制御手段12Bは、伝
達関数を積分動作（Ｉ動作）とした場合、原子炉出力目
標値(PO)_rを次式にて求める。

(PO)_r＝∫（ｋ・ΔTC）dt …（２）加算器12Gは、原子炉出力目標値(PO)_rと原子炉出力PO
との偏差ΔPOを求め、この偏差ΔPOを制御操作タイミン
グ決定手段12C及び制御定数自動調整手段12Aに出力す
る。制御棒操作タイミング決定手段12Cは、原子炉出力P
Oが原子炉出力目標値(PO)_rに追従するように制御棒操作
のタイミングを事象駆動方式により決定する。制御棒操
作タイミング決定手段12Cが有している制御棒操作タイ
ミングを決定する論理の例を第３図に示す。例えば、制
御棒操作タイミング決定手段12Cは、制御棒引抜き操作
における制御棒引抜き開始のタイミング信号を、第３図
に示す（ａ）〜（ｅ）の５つの条件が全て成立したとき
に出力する。なお、ここでは制御棒操作１回毎の引抜き
量は固定しておき、４本の制御棒を152mmずつ引抜くも
のとする。また、制御棒操作タイミング決定手段12C
は、第３図の（ｆ）〜（ｉ）の４つの条件が全て成立し
たときに制御棒挿入操作における制御棒挿入開始のタイ
ミング信号を出力する。。第３図の（ｋ）及び（ｌ）の
いずれか一方の条件と（ｊ）の条件とが成立したときに
は制御棒操作中断における制御棒引抜き中断のタイミン
グ信号が、制御棒操作タイミング決定手段12から出力さ
れる。

前述したように、制御棒操作による投入反応度は、制
御棒のＸ−Ｙ座標，引抜き位置，その周囲の制御棒の引
抜き位置、及び炉水温度などと共に複雑に変化する。第
４図にその例を示す。第４図の横軸は、制御棒引抜きの
ステツプ番号であり、制御棒10を引抜く毎に１つずつ増
加する。第４図の縦軸は、制御棒操作による投入反応度
の総和である制御棒反応度であり、制御棒引抜きステツ
プ番号と共に非線形に変化する。

本実施例はA,B,Cのいずれの制御棒反応度パターンで
も自動的に対処できる。

上記のように制御棒反応度が複雑に変化するため、温
度変化率の制御対象（第１図に示す制御棒操作タイミン
グ決定手段12C,制御棒位置制御装置13,制御棒駆動装置1
1,原子炉から成る部分）の特性は、非線形となる。従つ
て、温度変化率制御手段12Bの制御定数ｋを固定してお
くと、温度変化率TCのオーバーシユートが過大で制限値
を超過し、その反応に応答時間が長すぎるという問題が
発生する。後述する本実施例の効果をより明確に示すた
め、ここで上記した問題を計算機を用いたシミユレーシ
ヨン結果を用いて説明する。

第１図の構成で制御定数自動調整手段12A及びメモリ1
2を設けずに温度変化率制御手段12Bの、制御定数ｋを固
定したときの特性を第４図及び第５図に示す。第４図の
（Ａ）及び（Ｂ）に、制御棒反応度変化を第４図のパタ
ーンＡとし、制御定数ｋを3.8×10^-5に固定したときの
シミユレーシヨン結果を示す。時間０分における初期状
態は、原子炉圧力PRが4.0MPa,炉水温度が248℃，原子炉
出力POが0.4％，温度変化率TCが０℃/hで安定してい
る。この状態から原子炉圧力PRが原子炉圧力目標値(PR)
_r6.5MPa（炉水温度278℃）まで温度変化率目標値(TC)_r
を45℃/hにして昇温昇圧するものとした。時間０分で温
度変化率目標値(TC)_rを０℃/hから45℃/hに増加させる
と、原子炉出力目標値(PO)_rが増加して原子炉出力POが
この目標値(PO)_rに追従するように制御棒10が炉心から
引抜かれ、制御棒反応ΔKRが増加した。この結果、温度
変化率TCは９分後に45±５℃/hに達した（応答時間９
分）。しかし、原子炉出力目標値(PO)_rが増加し過ぎた
ため、温度変化率TCが制限値55℃/hを一時的（３分間）
に超過することがわかる。なお、原子炉圧力PRが原子炉
圧力目標値(PR)_rである6.5MPaに到達すると、タービン
バイパス弁７の開度調節による圧力制御が開始され、蒸
気流量STが増加した。この状態では、原子炉出力目標値
(PO)_rの変更を中断し、かつ第３図に示した論理に基づ
いて制御棒操作タイミング決定手段12Cは制御棒操作を
中断する信号を出力した。

第15図に、パターンＡで制御定数ｋを4.6×10^-6に固
定したときの特性を示す。原子炉出力POはその目標値(P
O)_rにデツドバンドに相当する偏差0.05％（第３図に示
した論理を参照）以内で追従している。しかし、出力目
標値(PO)_rの上昇が遅いため、温度変化率TCが温度変化
率目標値(TC)_rの±５℃/h以内に応答するまでの応答時
間が30分以上と長すぎることがわかる。

以上のように、制御定数ｋを固定した方法では、温度
変化率TCのオーバーシユートが過大で制限値を一時的に
超過したり、応答時間が長いという問題が発生する。こ
の原因は、制御対象の特性に対して制御定数ｋが、結果
的に、過大または過小であつたためである。

そこで本実施例では、第１図に示すように、制御定数
自動調整手段12Aが、フイードバツク信号である温度変
化率の偏差ΔTC,原子炉出力の偏差ΔPO,原子炉出力変化
率POC,原子炉圧力の偏差ΔPRに基づいて制御定数ｋを自
動的に調整するようにしている。原子炉圧力の偏差ΔPR
は、原子炉圧力PRと原子炉圧力目標値(PR)_rを入力する
加算器。12Eによつて求められる。制御定数自動調整手
段12Aが、原子炉出力変化率POCをフイードバツク信号と
して入力している理由は、原子炉出力変化率POCの制限
条件を導守するためである。原子炉圧力の偏差ΔPRをフ
イードバツク信号として入力している理由は、原子炉圧
力の偏差ΔPRが小さくなり原子炉圧力PRが原子炉圧力目
標値(PR)_rに近づいたときは制御定数ｋの変更を中断さ
せるようにするためである。

制御定数自動調整手段12Aは、制御定数ｋを求めるに
あたつてメモリ12Dに記憶されている知識データを利用
する。この知識データは、第５図に示すような条件部と
結論部からなる制御定数自動調整用のルールである。第
５図において、PBは「正で大きい」,NBは「負で大き
い」,PSは「正で小さい」,NSは「負で小さい」及び20は
「ほぼ零」をそれぞれ意味している。第５図は、ルール
番号１〜８のルールを示している。第５図のルール番号
1,5及び６のルールは、第６図の該当する番号の内容を
意味している。すなわち、第５図のルール番号１のルー
ルは、「原子炉出力の偏差ΔPOが大きいならば、（必要
以上に原子炉出力目標値(PO)_rを上昇させないようにす
るため）、制御定数ｋを減少し、かつ原子炉出力目標値
(PO)_rの変更を一時的に中断する（一時的に制御定数ｋ
を０にする）」という内容を示している。

制御定数自動調整手段12Aは、メモリ12Dに記憶されて
いる前述のルールの中から現在のプラント状態に最も適
合するルールをフアジイ論理を用いて１つだけ選択し、
選択したルールに基づいて制御定数ｋの値を自動調整す
る。制御定数自動調整手段12Aは、入力した温度変化率
の偏差ΔTCに基づいてこの偏差ΔTCの変化率TCCを求め
る。

制御定数自動調整手段12Aは、まず第７図に示す特性
を用いて、すなわちフアジイ論理を用いて原子炉出力変
化率POC,原子炉出力の偏差ΔPO,温度変化率の偏差ΔTC,
偏差変化率TCC及び原子炉圧力偏差ΔPRに対応したルー
ルをメモリ12Dから選択する。

第７図は、第５図のルールとメンバーシップ関数μと
の関係を示すもので、原子炉出力変化率POC,原子炉出力
偏差ΔPO,温度変化率偏差ΔTC,温度変化率偏差の変化率
TCC及び原子炉圧力偏差ΔPRの各現在値（POC₀，ΔPO₀，
ΔTC₀，TCC₀，及びΔPR₀）と第５図のNB,NS,ZO,PS及びP
Bとの関係の度合を示すメンバーシツプ関数μを示して
いる。制御定数自動調整手段12Aは、上記の各現在値を
用い、フアジイ論理によりメモリ12Dからルールを選択
する。この内容を以下に詳細に述べる。まず、ｉ番目の
ルール（ｉ＝１〜8;この数値は第５図のルール番号に対
応）の現在のプラント状態への適合度（メンバーシツプ
値）μ_iを次式により計算する。

μ_i＝Min｛μ_i1（POC₀），μ_i2（ΔPO₀），μ_i3（ΔT
C₀），μ_i4（TCC₀），μ_i5（ΔPR₀）｝ …（３）ここで、例えばμ_i2（ΔPO₀）は、ｉ番目のルールが原
子炉出力偏差ΔPOの現在値ΔPO₀に対してどの程度適合
するかを示す値である。すなわち、原子炉出力偏差の現
在値ΔPO₀が例えば0.15である場合について説明する。
現在値ΔPO₀が0.15であれば、第７図の実線で示されるP
Bに対するメンバーシツプ関数μの特性からPBの度合い
が0.5,二点鎖線で示されるPSに対するメンバーシツプ関
数μの特性からPSの度合いが0.5であり、一点鎖線で示
されるZOに対するメンバーシツプ関数μの特性，破線で
示されるNSに対するメンバーシツプ関数の特性及び実線
で示されるNBに対するメンバーシツプ関数の特性からZ
O,NS及びNBの度合いが0.0であることが求められる。

したがつて、第５図のルール番号１のルールでは原子
炉出力偏差ΔPOがPBとなつているので、μ₁₂（ΔPO₀）
は、前述したように求められたPBの値、すなわち0.5と
なる。同様にPSの値をとるμ₅₂（ΔPO₀）は0.5,NBの値
をとるμ₂₂（ΔPO₀）及びZOの値をとるμ₆₂（ΔPO₀）は
0.0となる。μ₃₂（ΔPO₀）及びμ₄₂（ΔPO₀）は、条件
の指定がないので1.0である。以上の演算処理は、他の
現在値（POC₀，ΔTC₀，TCC₀，及びΔPR₀）についても行
われる。

次に、制御定数自動調整手段12Aは、適合度μ_iが最大
ルールをメモリ12Dに記憶されているルール番号１〜８
のルールの中から１つ選択し、そのルールに基づいて制
御定数ｋを決定する。例えば、ルール番号１のルールの
適合度μ₁が最大であれば、結論部の内容（制御定数番
号の変化ΔNOが「−１」で制御定数ｋが「０」に従い、
制御定数ｋの番号NOを現在の制御定数の番号から１だけ
減少したものにし、かつ制御定数ｋを一時的に０にす
る。制御定数自動調整手段12Aは、第８図に示す制御定
数の番号NOと制御定数ｋとの関係を示す関数に基づい
て、現在の制御定数の番号NOから１だけ減少した番号
（ルール１の場合）に対応する新たな制御定数ｋを求め
る。得られた制御定数ｋが、制御定数自動調整手段12A
から温度変化率制御手段12Bに伝えられる。なお、メモ
リ12Dに記憶されたルールのうち、ルール番号１〜３及
び５が現在の制御定数番号NOを１つだけ減少させ、ルー
ル番号６〜８のルールがその番号NOを１つだけ増加させ
る。ただし、適合度μ_iがいずれも基準値（0.40）以下
であれば、適合するルールはないものとし、制御定数番
号NOを変更しない。以上のような簡単なアルゴリズムに
より、制御棒自動操作装置12はプラント状態に応じて制
御定数ｋを自動調整することが可能となる。制御定数ｋ
を調節するために目標値に対して応答が良好な原子炉出
力POを用いているので、昇温昇圧時の応答性が著しく向
上する。

次に本実施例で制御定数ｋを自動調整したときの特性
を示す。

第９図にパターンＡで初期の制御定数ｋを第４図の場
合と同一とし、制御定数自動調整手段12Aによつて制御
定数ｋを自動調整したときの本実施例における昇温昇圧
時の特性を示す。昇温開始２分後には、原子炉出力POが
原子炉出力目標値(PO)_rに追従していないことから、第
５図のルール番号１のルールが適用されて制御定数ｋが
減少すると共に、原子炉出力目標値(PO)_rの変更が一時
的に中断した。この結果、第14図との比較でわかるよう
に、原子炉出力目標値(PO)_rが不必要に上昇せず、温度
変化率TCのオーバーシユートも解消された。また、制御
棒10の引抜きと挿入を繰返すという現象も起こらなかつ
た。温度変化率TCの応答時間は９分、その後の温度変化
率偏差ΔTCは±５℃/h以内、原子炉出力変化率POCの最
大値は0.004（s^-1）であり、良好な制御特性を示してい
る。温度変化率TCの平均値が温度変化率目標値(TC)_rと
必ずしも一致していない。この理由は、制御棒10の引抜
きと挿入の繰返しを避けるため、原子炉出力に0.05％の
デツドバンドを設けているためである。

第10図に、パターンＡで初期の制御定数ｋを第15図の
場合と同一として制御定数ｋを自動調整したときの特性
を示す。ここでは、温度変化率TCの応答速度が遅いこと
から第５図のルール番号６のルールが適用された。この
結果、制御定数ｋが増加して原子炉出力目標値(PO)_rが
より早く上昇し、温度変化率TCは23分で45±５℃/hに到
達した。

第11図に、第９図及び第10図のケースにおける制御定
数ｋと制御定数番号NOの変化を示す。制御定数番号NOの
変化に対応して制御定数ｋが徐々に変更されていく様子
がわかる。

次に、制御棒反応度変化が第４図に示したパターンＡ
でない場合の特性を述べる。

第２図に、初期の制御定数ｋの値を第９図の場合と同
一とし、制御棒反応度変化がパターンＢのときの特性を
示す。制御棒反応度変化のパターンがＢに変わると制御
棒反応度ΔKRはパターンＡに比べて小さくなり、原子炉
出力POの変化は遅くなる。本実施例では、このような制
御対象特性の変化を出力偏差ΔPOより検出して制御定数
ｋを自動調整している。この結果、第９図の場合とほぼ
同様に良好な制御特性を示している。

第13図に、制御棒反応度変化をパターンＣとし、かつ
昇温開始20分後に蒸気流量変化の外乱を印加したときの
特性を示す。この外乱は、空気抽出器などへ流出してい
る蒸気ａの流量STが0.10％から0.13％に約３割急激に増
加した場合に相当する。この外乱により温度変化率TCは
一時的に約５℃/h変化するが、制御系の動作により45±
５℃/hに戻されており、安定した制御特性を示してい
る。

以上述べた本発明の一実施例によれば、原子炉の温度
変化率の制御性能を向上できるという効果がある。その
結果、温度変化率のオーバーシユートが過大で制限値を
一時的に超過するという問題や、温度変化率の目標値に
対する応答時間が長すぎるという問題を解決でき、温度
変化率を制限値以下に維持しながら短時間で原子炉を昇
温昇圧できるという効果がある。

本発明の他の実施例として、制御定数自動調整部のア
ルゴリズムを前記一実施例のようにするのではなく、例
えば、温度変化率の偏差ΔTC,偏差ΔTCの変化率TCC,原
子炉出力の偏差ΔPOのみに基づいて制御定数を自動調整
するシステムもある。また、フアイジ論理を適用するの
ではなく、参照テーブルを用いるシステムもある。この
参照テーブルを用いるシステムでは例えば、「ΔPOが0.
15％以上のとき、制御定数の番号を１だけ減少し制御定
数ｋを一時的に０とする」、「ΔTCが15℃/h以上で、そ
の変化率TCCが0.075以下で、ΔPOが−0.05〜0.05％のと
き、制御定数の番号を１だけ増加する」というような、
条件に対する結論をテーブルにしておき、このテーブル
を用いて制御定数を自動調整する。上記二つのシステム
の効果は、前述した実施例と大差はない。

本発明のさらに他の実施例として、温度変化率制御を
積分動作で実現するのではなく、比例・積分動作（PI動
作）で実現するシステムもある。このシステムの効果
も、前記した一実施例と同様である。

なお、本発明の他の実施例として、制御棒の座標，引
抜き位置，その周囲の制御棒の引抜き位置，炉水温度な
どに対応した温度変化率制御の制御定数を、オフライン
シミユレータを用いてあらかじめ決定しておくか、また
はオンラインシミユレータを用いて決定しておき、この
制御定数を、制御棒の座標やその引抜き位置などの状態
量の変化に伴い先行的（フイードフオワード的）に変更
すると共に、温度変化率の偏差や原子炉出力の偏差など
をフイードバツクしてその制御定数を微調整するシステ
ムもある。このシステムでは温度変化率の制御性能をさ
らに向上できるので、温度変化率を制限値以下に維持し
ながら原子炉昇温昇圧の時間をさらに短縮できるという
効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉の温度変化率制御の制御定数
を原子炉状態変化に適応して自動的に調整できるので、
温度変化率の制御性能を向上できるという効果がある。
その結果、温度変化率のオーバシユートが過大で制限値
を一時的に超過するという問題や、温度変化率の目標値
に対する応答時間が遅すぎるという問題を解決でき、温
度変化率を制限値以下に維持しながら短時間で原子炉を
昇温昇圧できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である第２図の原子炉制御装
置の制御棒自動操作装置の詳細構成図、第２図は本発明
の一実施例である原子炉制御装置構成図、第３図は第１
図の制御棒操作タイミング決定手段の論理構成図、第４
図は制御棒反応度の変化を説明する図、第５図は第１図
のメモリに記憶されているルールを説明図、第６図は第
５図のルールの具体的な内容を示した説明図、第７図は
メンバーシツプ関数を示す説明図、第８図は制御定数の
番号と制御定数の関係を示した特性図、第９図〜第13図
は第１図の一実施例における制御特性の説明図、第14図
及び第15図は第１図の構成で制御定数を固定した場合の
制御特性を示す説明図である。１……原子炉圧力容器、２……炉心、７……タービンバ
イパス弁、10……制御棒、11……制御棒駆動装置、12…
…制御棒自動操作装置、12A……制御定数自動調整手
段、12B……温度変化率制御手段、12C……制御棒操作タ
イミング決定手段、13……制御棒位置制御装置、14……
制御棒監視装置、15……圧力制御装置、16……中央監視
制御盤。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉出力に基づいて制御定数を決定する
手段と、原子炉の温度変化率とその目標値との偏差及び
得られた前記制御定数に応じて原子炉出力の目標値を求
める温度変化率制御手段と、前記原子炉出力目標値に応
じて原子炉内の制御棒を制御する手段とを備えたことを
特徴とする原子炉制御装置。
【請求項２】知識データを記憶している手段と、原子炉
の温度変化率とその目標値との偏差及び原子炉出力に応
じて前記記憶手段内の前記知識データを選択し、選択し
た知識データに基づいて制御定数を調整する手段と、前
記偏差及び調整された前記制御定数に応じて原子炉出力
の目標値を求める温度変化率制御手段と、前記原子炉出
力目標値に応じて原子炉内の制御棒を制御する手段とを
備えたことを特徴とする原子炉制御装置。
【請求項３】原子炉出力に基づいて制御定数を調整する
手段と、原子炉の温度変化率とその目標値との偏差及び
調整された前記制御定数に応じて原子炉出力の目標値を
求める温度変化率制御手段と、前記原子炉出力目標値に
応じて原子炉内の制御棒を制御する手段とを備えたこと
を特徴とする原子炉制御装置。