JP3372767B2 - 原子炉制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は原子力発電プラント
の原子炉制御装置に係り、特に、複数の制御棒を同時に
操作して原子炉を起動させるのに好適な原子炉制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントの起動においては、原子
炉出力の小さい順に、 (1)未臨界の炉心を臨界にする臨界制御モ−ド (2)原子炉圧力と炉水温度を定格値まで上昇させる昇温
・昇圧制御モ−ド (3)炉心で発生した蒸気を発電機に送らずにバイパスさ
せる炉出力制御モ−ド (4)蒸気を発電機に送り定格出力まで出力を増加させる
発電機出力制御モ−ド に大別でき、これらの各運転制御モード毎に制御目標を
設定して制御をするようにしている。また、前の制御モ
ードが終了して次の制御モードに入るときは、安全を図
るために運転員の確認操作を間に入れるようなシステム
になっている。

【０００３】近年、運転の省力化や起動時間の短縮など
を目的として、複数の制御棒を同時に自動的に操作して
原子力プラントを運転・制御することが検討されてい
る。例えば、特開平１−２１７２９６号公報記載の従来
技術には、昇温・昇圧制御モードの制御方式が示されて
いる。この制御方式では、原子炉の目標炉水温度変化率
（設定値）と、炉水温度検出器の検出信号から算出した
炉水温度変化率とを制御棒自動操作装置に入力し、両者
の偏差を求め、この偏差量に対する制御演算を実行し、
その演算結果を出力し、この出力結果を原子炉出力目標
値としている。

【０００４】次に、この出力結果と、中性子検出器の出
力信号である中性子束信号（炉出力に相当）との偏差を
求め、この偏差の大きさに応じて、複数の制御棒（例え
ば４本）の操作タイミングを決定し、これら複数の制御
棒を引抜く。上記従来技術には、制御演算に少なくとも
積分演算（ＰＩ制御のうちのＩ制御）が含まれることが
示されており、さらに、制御棒自動操作装置には目標圧
力（設定値）が入力され、炉内圧力がこの目標圧力に到
達すれば制御完了するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】原子力プラントの起動
は、数十時間以上の時間を要して出力を除々に上げるよ
うにしている。この起動を自動化する場合には、どの程
度の割合で出力やプロセス量を変化させるかを規定する
ために、目標変化率も外部から設定することになる。昇
温・昇圧制御モードでは目標温度変化率と目標圧力とを
外部から設定し、炉出力制御モードでは目標出力変化率
と目標出力を外部から設定し、発電機出力制御モードで
は目標出力変化率と目標出力を外部から設定する。この
結果、各制御モードにおいて、時間経過と共に目標値が
上昇するような制御目標パターンが生成される。

【０００６】昇温・昇圧制御モードは、臨界制御モード
完了後、つまり原子炉が臨界到達後に実施される。昇温
・昇圧制御モードを開始する直前の中性子束信号はゼロ
でなく、臨界状態に対応した値を出力している。しか
も、この値は一定でなく、臨界到達後にもほぼ一定の炉
周期で中性子束信号が上昇するが、炉内温度が上昇して
くるに従って低下する。このため、昇温・昇圧制御モー
ドにおいて制御を開始するときの制御演算の積分演算の
初期値を固定値（一般の自動制御では初期値はゼロ）に
しておくと、昇温・昇圧制御モードの制御開始タイミン
グにより、制御開始時に演算して得られる原子炉出力目
標値の初期値と、中性子検出器の出力信号である中性子
束信号との間に大きな差が生じ、この大きな差によっ
て、不用な制御棒操作を実施して起動時間を伸長させた
り、あるいは炉内温度あるいは炉内圧力をハンチングさ
せるようなことが発生する可能性がある。

【０００７】また、炉出力制御モードは、外部から設定
される目標出力変化率を基に制御目標パターンが生成さ
れ、この制御目標パターンと炉出力に相当する圧力制御
器出力との偏差を求め、その偏差量に応じて制御棒を操
作し、目標出力に到達したら自動化を解除する。昇温・
昇圧制御モード完了後に、炉出力制御モードが実行され
る。昇温・昇圧制御モードにおいて、複数の制御棒を同
時に引抜いた後に炉内圧力が目標圧力に到達して自動化
が解除される場合に、複数の制御棒を引抜いた時の余剰
反応度により、炉出力が自動化解除後も上昇することが
ある。この様な状態において炉出力制御モードを実行さ
せようとすると、前回の運転制御モードである昇温・昇
圧制御モードにおける目標圧力到達時（この時に自動化
が解除）の炉出力を初期として制御目標パターンが生成
されるため、制御開始時の炉出力と制御目標パターン値
との間に偏差が生じ、この偏差量が大きいと炉出力制御
がハンチングしたり、あるいは起動時間を伸長させたり
する可能性がある。

【０００８】さらに、発電機出力制御モードは、外部か
ら設定する目標出力変化率と目標出力とに基づき制御目
標パターンを生成し、この値と発電機出力との偏差量に
応じて炉出力の制御量を演算（ＰＩ制御）し、この演算
結果（制御目標）と圧力制御器出力との偏差を求め、こ
の偏差量に応じて再循環流量や制御棒操作の制御をす
る。発電機出力制御モードの前に実行した炉出力制御モ
ードにおいて、複数の制御棒を同時に引抜いた時の余剰
反応度により、炉出力が目標値をオーバーして安定して
いる状態になっていることが考えられる。このような状
態で発電機出力制御モードを実行させようとすると、発
電機出力と制御目標パターンの初期値とに偏差が生じ、
この偏差量が大きいと発電機出力制御がハンチングした
り、あるいは起動時間を伸長させたりする可能性があ
る。また、ＰＩ制御演算のうちの積分演算器（Ｉ制御）
の初期値が固定値になっていると、圧力制御器出力とＰ
Ｉ制御演算の出力値の初期値とに差が生じ不要な制御を
してしまう。

【０００９】本発明の目的は、原子力プラントの起動に
おける各制御モードにおいて、制御を開始する時のプラ
ントパラメータの検出値とこのプラントパラメータの制
御目標の初期値との偏差が大きいときの不具合を回避す
ることのできる原子炉制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数本の制
御棒を同時に操作して原子力プラントの自動起動を行う
原子炉制御装置において、計測した炉水温度を用いて求
めた炉水温度変化率と、予め定められた目標温度変化率
との偏差を求める第１の加算器と、該第１の加算器によ
り求めた偏差から原子炉出力に相当する中性子束信号を
算出する演算器と、該演算器により算出した中性子束信
号と計測した中性子束信号との偏差を求める第２の加算
器と、該第２の加算器により求めた偏差に基づいて制御
棒を制御する信号を出力する判定器とを備え、昇温昇圧
制御モードの制御開始時に、前記演算器の出力である原
子炉出力に相当する中性子束信号の初期値として計測し
た計測した中性子束信号を用いること、で達成される。
特に上記目的は、前記原子炉制御装置において、原子炉
内の圧力が目標圧力に達したとき、昇温昇圧制御モード
の制御を終了すること、で達成される。上記目的は、複
数本の制御棒を同時に操作して原子力プラントの自動起
動を行う原子炉制御装置において、予め定められている
目標出力変化率を入力して目標出力パターン信号を出力
する目標出力パターン発生器と、計測した圧力制御器出
力信号又は計測した中性子束信号と、前記目標出力パタ
ーン信号との偏差を求める加算器と、該加算器により求
めた偏差に基づいて制御棒を制御する信号を出力する判
定器とを備え、炉出力制御モードの制御開始時に、前記
目標出力パターン発生器の目標出力パターン信号の初期
値として、計測した蒸気流量信号に相当する圧力制御器
出力信号又は計測した中性子束信号を用いること、で達
成される。特に上記目的は、原子炉制御装置において、
中性子検出器の出力と目標パターン出力信号とが一致し
たとき、炉出力制御モードの制御を終了することで、達
成される。

【００１１】上記目的は、複数本の制御棒を同時に操作
して原子力プラントの自動起動を行う原子炉制御装置に
おいて、予め定められた目標出力変化率及び目標出力を
入力して発電機出力の目標出力パターン信号を出力する
目標出力パターン発生器と、計測した発電機出力信号
と、前記目標出力パターン信号との偏差を求める第１の
加算器と、該第１の加算器により求めた偏差から原子炉
出力信号を算出する演算器と、該演算器が算出した原子
炉出力信号と計測した圧力制御器出力信号との偏差を求
める第２の加算器と、該第２の加算器により求めた偏差
に基づいて、制御棒を制御する信号を出力する判定器と
を備え、発電機出力制御モードの制御開始時に、前記目
標出力パターン発生器の目標出力パターン信号の初期値
として計測した発電機出力信号を用い、前記演算器の初
期値として計測した蒸気流量信号に相当する圧力制御器
出力信号を用いること、で達成される。特に上記目的
は、前記原子炉制御装置において、前記発電機出力信号
と目標出力パターン信号とが一致したとき、発電機出力
制御モードの制御を終了することで、達成される。

【００１２】更に上記目的は、原子力プラントの昇温・
昇圧制御モード時に複数本の制御棒を同時に操作して起
動する原子炉制御装置において、目標炉水温度変化率お
よび目標圧力を外部から設定する設定手段と、炉水温度
検出手段の出力信号を取り込み炉心温度変化率を算出す
る炉水温度変化率算出手段と、前記目標炉水温度変化率
と前記炉水温度変化率との偏差を求める第１の手段と、
該第１の手段の出力信号に対して積分処理を行う第２の
手段と、原子炉内の中性子束信号を検出する中性子検出
手段と、前記第２の手段の出力信号と前記中性子検出手
段の検出信号との偏差を求める第３の手段と、原子炉内
の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段の検
出圧力と前記目標圧力との偏差が所定値を越えていると
きは前記第３の手段の出力信号に基づいて制御棒を駆動
し、該偏差が所定値以内のとき制御棒の駆動を停止する
制御棒駆動制御手段と、前記昇温・昇圧制御モードの制
御開始時に前記中性子検出手段の検出信号に基づく信号
を前記第２の手段の初期値としてセットする手段とを備
えることで、達成される。

【００１３】また上記目的は、原子力プラントの炉出力
制御モード時に複数本の制御棒を同時に操作して起動す
る原子炉制御装置において、目標出力変化率と目標出力
とを外部から設定する設定手段と、初期値と前記目標出
力変化率から制御目標パターンを作成し出力する制御目
標パターン発生手段と、該制御目標パターンと原子炉の
圧力検出信号との偏差を求める第１の手段と、原子炉出
力に相当する原子炉内の中性子束信号を検出する中性子
検出手段と、該中性子検出手段の検出した原子炉出力と
前記目標出力との偏差が所定値を越えているとき前記第
１の手段の出力信号に基づいて制御棒を駆動し該偏差が
所定値以内のとき制御棒の駆動を停止する制御棒駆動制
御手段と、前記炉出力制御モードの制御開始時に前記圧
力検出信号に基づく信号を前記初期値としてセットする
手段とを備えること、で達成される。

【００１４】更に上記目的は、原子力プラントの発電機
出力制御モード時に複数本の制御棒を同時に操作して起
動する原子炉制御装置において、目標出力変化率と目標
出力とを外部から設定する設定手段と、前記目標出力変
化率と前記目標出力と初期値とに基づいて制御目標パタ
ーンを作成し出力する制御目標パターン発生手段と、発
電機出力検出手段で検出した発電機出力信号と前記制御
目標パターンとの偏差を求める第１の手段と、該第１の
手段の出力信号を積分する第２の手段と、該第２の手段
の出力信号と原子炉の圧力検出信号との偏差を求める第
３の手段と、該第３の手段の出力に応じて制御棒駆動手
段または炉心流量制御手段を制御する制御手段と、発電
機出力制御モードの制御開始時に前記発電機出力信号を
前記制御目標パターン発生手段の前記初期値としてセッ
トし且つ前記圧力検出信号に基づく信号を前記第２の手
段の初期値としてセットする手段とを備えること、で達
成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態による
昇温・昇圧制御モードにおける出力制御装置の機能ブロ
ック図である。出力制御装置１は、外部から設定される
目標炉水温度変化率と目標圧力とを取り込み、目標炉水
温度変化率に追従するように制御信号を制御棒駆動装置
２に出力して、原子炉３の炉内圧力が目標圧力に到達す
るように制御する。原子炉３の炉水温度は炉水温度検出
器６によって検出され、平均温度変化率算出器８に入力
される。ここで数分にわたる炉水温度の平均値が算出さ
れ、加算器７に入力される。加算器７は、目標炉水温度
変化率と平均温度変化率算出器８の出力との偏差を求
め、結果をＰＩ演算器９に出力する。ＰＩ演算器９は、
比例演算器９Ａと積分器９Ｂと加算器９Ｃから成ってお
り、比例演算器９Ａと積分器９Ｂの夫々の出力結果を加
算器９Ｃで加算し、この結果を加算器１１に出力する。
ＰＩ演算器９の出力が原子炉出力目標値になる。

【００１６】中性子検出器５で検出された中性子出力信
号は、対数演算器１２に入力されて対数変換され、その
結果である対数化された中性子束信号が、加算器１１に
入力されると共に、スイッチ１０を介して積分器９Ｂに
入力される。加算器１１は上記のＰＩ演算器９出力（原
子炉出力目標値）と対数演算器１２の出力との偏差を求
め、その結果をスイッチ１３を介して制御棒操作判定器
１４に出力する。スイッチ１３は通常時は閉状態になっ
ている。制御棒操作判定器１４は、入力信号が正極であ
れば制御棒引抜指令を制御棒駆動装置２に出力し、負極
であれば制御棒挿入指令を制御棒駆動装置２に出力す
る。その制御量引抜量及び制御棒挿入量は、判定器１４
の入力信号（加算器１１の出力信号）の大きさで決まる
が、一度の操作量もあまり大きくしない様に判定器１４
にはリミッタが設けられている。

【００１７】原子炉内の圧力は圧力検出器４によって検
出され、加算器１６に入力される。加算器１６は、目標
圧力と該圧力検出器４の出力信号との差を求め、結果を
圧力判定器１５に出力する。判定器１５は、加算器１６
の出力信号が予め定めた値（絶対値）以下になっていれ
ば、炉内圧力が目標値に到達したと判定し、スイッチ１
３を開状態にする。これにより昇温・昇圧制御モードの
自動化が解除される。

【００１８】スイッチ１０は、制御開始前は閉状態にな
っている。スイッチ１０の開・閉は外部から設定される
制御開始指令により制御され、制御開始指令が出力され
た後にスイッチ１０は開状態になる。スイッチ１０を通
って積分器９Ｂに入力された信号値が、初期値として積
分器９Ｂにセットされる。スイッチ１０が閉状態、つま
り制御開始前には、対数演算器１２の出力信号が積分器
９Ｂの初期値としてセットされ、これが制御開始の積分
器９Ｂの初期値になる。スイッチ１０が開状態になれ
ば、積分器９Ｂの初期値のセット処理はなくなり、ＰＩ
演算器９は現在の原子炉の出力に相当する中性子束の値
に追従した状態から制御演算を実行し、目標炉水温度変
化率に従って炉内圧力を目標値に到達させるように制御
することになる。ここで、スイッチ１０の開閉操作によ
り対数演算器１２の出力信号を、制御開始時に積分器９
Ｂの初期値にセットする機能をタイバック機能と呼ぶこ
とにする。

【００１９】尚、上述の例では、対数演算器１２を用い
て中性子検出器５の出力信号の対数を求めているが、対
数演算器１２は必ずしも必要とするものではない。対数
演算器１２を設けない場合には、ＰＩ演算器９の出力信
号と中性子検出器５の出力信号とを同一次元で比較でき
るように、ＰＩ演算器９の出力に変換演算を施すなどの
対応をとればよい。

【００２０】次に、上述のタイバック機能がある場合の
中性子束の振舞を以下に説明する。図２にタイバック機
能がある場合とない場合の中性子束の出力状況を示す。
時刻ｔ0は昇温・昇圧制御モードの前に実施される臨界
制御モードの完了時刻、つまり臨界到達によって自動化
が解除された時刻である。時刻ｔ1は昇温・昇圧制御モ
ードを開始する時刻である。時刻ｔ0から時刻ｔ1の間
で、目標炉水温度変化率と目標圧力とが外部から設定さ
れ、制御開始の準備がなされる。図２に示す中性子束レ
ベルは対数変換後のものであり、対数演算器１２の出力
になる。logＮ0が時刻ｔ0時の中性子束レベルであり、l
ogＮ1が時刻ｔ1時の中性子束レベルである。

【００２１】まず、図１で説明したようにタイバック機
能を持つ場合について述べる。昇温・昇圧開始前の目標
炉水温度変化率と平均温度算出器８の出力信号とが等し
いとすると、加算器７の出力信号はゼロとなる。この結
果、比例演算器９Ａの出力（ＫP・ｘ：ここで、ＫPは比
例ゲイン、ｘは入力信号）はゼロとなる。積分器９Ｂに
ついては、今回分の積分値（ＫI・ｘ・ΔＴ：ここで、
ＫIは積分ゲイン、ｘは入力信号、ΔＴは演算周期）は
ゼロであるが、初期値はスイッチ１０を介してセットさ
れた対数演算器１２の出力信号であり、これが積分器９
Ｂの出力信号として出力される。この結果、ＰＩ制御器
９の出力信号と対数演算器１２の出力信号とが一致し、
時刻ｔ1において、現在の中性子束レベルlogＮ1の値か
らスムースに制御がなされることになり、目標炉水温度
変化率に平均温度算出器８の出力信号が追従するよう
に、中性子束が上昇することになる。

【００２２】これに対し、タイバック機能がない場合を
比較のために説明する。積分器９Ｂの初期値が例えばゼ
ロになっていたとすると、上述の場合にはＰＩ演算器の
出力はゼロとなる。しかし、中性子検出器５の検出信号
を対数演算器１２で演算した結果が負極データとして加
算器１１に入力するため、加算器１１の出力信号は負極
の大きな値となる。

【００２３】制御開始時刻ｔ1時に、負極の大きな値が
判定器１４に入力すると、制御棒が挿入されてしまい、
中性子束レベルが急激に低下する。制御棒操作判定器１
４の持っているリミッタ機能によりこの制御棒の挿入量
は制限され、中性子束レベルの急激な低下はある程度緩
和される。しかし、その後は図２に示される様に、中性
子束がハンチングをし、また、中性子束の上昇も遅れる
ため、目標圧力到達までの時間が伸長してしまうことに
なる。制御棒操作判定器１４のリミッタ値が低くければ
制御棒の挿入量がさらに制限されるため、目標圧力到達
までの時間がさらに伸長し、プラント起動時における他
の作業工程に影響を与えたり、電力供給に遅れを生じた
りすることになる。

【００２４】以上のように、昇温・昇圧制御モードの自
動制御開始時に中性子検出器５の出力信号に基づく信号
を積分器９Ｂの初期値としてセットし、ＰＩ演算器９の
出力と中性子検出器５の出力信号に基づく信号との偏差
の大きさに応じて制御棒操作を実行させるようにするこ
とにより、不連続な制御を発生させることなく、現在の
原子炉の中性子束レベルからスムースに一定の炉水温度
変化率で温度を上昇させながら目標圧力に到達させるこ
とが可能となる。

【００２５】図３は、炉出力制御モードにおける出力制
御装置の機能ブロック図である。炉出力制御モードにお
いては、炉出力のレベルが低いので、炉出力は中性子束
の出力値になる。出力制御装置１は、外部から設定され
る目標出力変化率を入力し、これに基づき目標出力パタ
ーンを発生器１７で作成して出力する。この目標出力パ
ターンは、炉出力である中性子束レベルを時間経過と共
に一定の割合で上昇させていくものである。

【００２６】主蒸気圧力を検出する圧力検出器５０の出
力信号は、電気油圧式制御装置（ＥＨＣ）２４に入力さ
れる。この入力信号に基づいてＥＨＣ２４内に設けられ
ている圧力制御器２４Ａから全蒸気流量信号が出力され
る。この信号を、圧力制御器出力信号と称する。圧力制
御器出力信号は、フィルタ２２に入力されるが、更に図
示していないタービンバイパス弁の弁開度制御にも使用
され、発生した蒸気はこのバイパス弁を介してタービン
をバイパスして復水器に導かれる。炉出力が低い時に
は、炉内圧力が定格値に保たれている場合、中性子束よ
りも圧力制御器出力信号を用いて炉出力制御をした方が
精度の面でよい。このため、フィルタ２２の出力信号を
加算器１８に出力する。

【００２７】炉出力は中性子束信号で示されるが、中性
子束信号と圧力制御器出力信号は所定の関係を保ってい
る。低出力時には中性子束信号の変動が圧力制御器出力
信号より大きいため、炉出力制御モ−ドにおいて中性子
束信号より圧力制御器出力信号を用いてフィ−ドバック
制御をしている。中性子束信号の変動をフィルタで十分
に抑制できれば、圧力制御器出力信号の代わりに中性子
束信号を用いてもよい。また、この出力信号はスイッチ
２１を介して目標出力パターン発生器１７にも出力され
る。加算器１８は、目標出力パターン発生器１７の出力
信号とフィルタ２２の出力信号（圧力制御器出力信号に
相当）との偏差を求め、その結果をスイッチ１９を介し
て制御棒操作判定器２０に出力する。

【００２８】制御棒操作判定器２０は、図１の制御棒操
作判定器１４と同様であり、入力信号が正極であれば、
その大きさに応じた制御棒引抜指令を制御棒駆動装置２
に出力し、負極であれば、その大きさに応じた制御棒挿
入指令を制御棒駆動装置２に出力する。中性子検出器５
の出力信号は加算器２３に入力される。加算器２３は外
部から設定される目標出力と中性子検出器５の出力信号
との偏差を求め、その結果を一致判定器２５に出力す
る。一致判定器２５は、加算器２３の出力信号が予め定
めた値（絶対値）以下になっていれば、炉出力が目標値
に到達したと判定し、スイッチ１９を開状態にする。こ
れにより炉出力制御モードの自動化が解除される。

【００２９】スイッチ２１は制御開始前は閉状態になっ
ている。スイッチ２１の開・閉は外部から設定される制
御開始指令により制御され、制御開始指令が出力された
後には、スイッチ２１は開状態になる。スイッチ２１が
閉状態のときは、フィルタ２２を通った圧力制御器出力
は目標出力パターン発生器１７の初期値としてセットさ
れる。スイッチ２１が開状態になると、目標出力パター
ン発生器１７の初期値のセット処理はなくなり、従っ
て、目標出力パターン発生器１７は、現在の出力制御器
出力信号に追従した状態から目標出力を一定の割合で上
昇させることが可能となる。出力制御器出力信号を目標
出力パターン発生器１７の初期値にセットする機能は、
前述のタイバック機能と同じである。

【００３０】図４は、このタイバック機能がある場合と
ない場合の、夫々の目標出力パターンの出力状況を示す
図である。炉出力制御モードの前に実行される昇温・昇
圧制御モードにおいて、目標圧力到達後に余剰反応度に
より、出力が上昇したとする。目標圧力到達時点で自動
化が解除されるため、その時点での各種の制御パラメー
タの値が記憶される。従って、炉出力制御モードを開始
する際の目標出力パターンの初期値は目標圧力到達時点
の炉出力（圧力制御器出力信号）になるが、この初期値
をＰ0とする。

【００３１】しかし、炉出力制御開始時の実際の炉出力
（圧力制御器出力信号）は、余剰反応度の影響によりＰ
0より高いＰ1になっている。このような状況下におい
て、タイバック機能がないと、図４の点線のように、目
標出力パターンはＰ0を初期値として、外部から設定さ
れた出力変化率で炉出力を上昇させるものとなる。従っ
て、炉出力制御モード開始時の圧力制御器出力信号はＰ
1になっているため、制御開始と同時に加算器１８は大
きな偏差信号を出力することになり、図４の点線で示す
目標出力レベルに追従するような制御信号が原子炉制御
装置１から制御棒駆動装置２に出力される。この場合に
は、制御棒挿入指令が出力されることになる。この結
果、圧力制御器２４Ａから出力される圧力制御器出力信
号は、図２に示した点線の波形のように、現在レベルか
ら急激に低下し、ハンチングすることになる。

【００３２】これは、図４において、現在の出力レベル
Ｐ1から急下降してハンチングしながら点線で示す目標
出力パターンに漸近するように圧力制御器出力信号が振
舞うことであり、制御としては望ましくない。また、こ
の場合には、図４から明らかな様に、目標出力到達時間
はｔ2となる。これに対し、タイバック機能がある場合
には、制御開始前の圧力制御器出力信号が目標出力パタ
ーンの初期値としてセットされるため、制御開始時の加
算器１８の出力信号は最初はゼロとなる。そして、その
後の時間経過と共に目標出力パターンに応じた制御がな
され、この目標出力パターンに追従した圧力制御器出力
信号を得ることができ、目標到達までの時間は、タイバ
ック機能が無い場合の時刻ｔ2よりも短い時刻ｔ1とな
り、この時刻ｔ1で制御が完了し自動化が解除される。
つまり、この場合には制御開始から完了に至るまでスム
ースに目標出力パターンに従った制御がなされ、タイバ
ック機能がない場合と比べ、制御は安定しており、かつ
短時間で目標出力に到達することが可能となる。

【００３３】図５は、発電機出力制御モードにおける出
力制御装置の機能ブロック図である。出力制御装置１
は、外部から設定される目標出力変化率及び目標出力を
取り込み、これに基づいて目標出力パターンを目標出力
パターン発生器２６で作成し出力する。この目標出力パ
ターンは、発電機出力を、時間経過と共に一定の割合で
目標出力まで上昇させていくものである。ここで、原子
炉３’は図示していない発電機を備えているものとす
る。発電機出力検出器３７は、検出した発電機出力信号
を加算器２７に出力すると共に、スイッチ２９ａを介し
て、目標出力パターン発生器２６に出力する。加算器２
７は、目標出力パターン発生器２６の出力信号（目標出
力パターン）と上記発電機出力信号との偏差を求め、Ｐ
Ｉ演算器２８に出力する。

【００３４】ＰＩ演算器は、比例演算器２８Ａと積分器
２８Ｂと加算器２８Ｃとから成り、入力信号に対するＰ
Ｉ演算を実行し、この演算結果をスイッチ２９ｂを介し
て出力する。スイッチ２９ｂは制御中に閉状態となって
おり、ＰＩ演算器２８の出力を加算器３２及びフィルタ
３１に出力する。加算器３２は、関数発生器３３の出力
信号と、スイッチ２９を通ったＰＩ演算器２８出力信号
との偏差を求め、その偏差量をスイッチ３４及び３５側
に出力する。

【００３５】スイッチ３４及び３５は、その開閉状態が
外部から設定されるものであり、制御棒駆動装置２を制
御して発電機出力を変更する場合には、スイッチ３４が
制御棒制御モード信号によって閉状態にされる。炉心流
量制御装置（再循環流量制御装置とも呼ぶ）３６を制御
して発電機出力を変更する場合には、スイッチ３５が炉
心流量制御モード信号によって閉状態にされる。スイッ
チ３４を通った加算器３２の出力信号は、制御棒操作判
定器３８に入力される。制御棒操作判定器３８は、図１
や図３の判定器１４，２０と同様であり、入力信号が正
極であれば、その大きさに応じた制御棒引抜指令を制御
棒駆動装置２に出力し、負極であれば、その大きさに応
じた制御棒挿入指令を制御棒駆動装置２に出力する。炉
心流量制御装置３６は、入力信号の大きさに応じて炉心
流量を制御し発電機出力を調整する。

【００３６】フィルタ３１の出力信号は、電気油圧制御
装置（ＥＨＣ）２４に入力される。ＥＨＣ２４は、圧力
検出器５０によって検出された主蒸気圧力及び図示して
いないその他の検出器からの出力信号に基づき、タービ
ン系の各種制御を図る。ＥＨＣ２４は圧力制御器２４Ａ
を備え、この出力信号である圧力制御器出力信号（全蒸
気流量信号）は関数発生器３３に出力される。関数発生
器３３は、特性を補正するために設けられ、その出力信
号が加算器３２に出力されると共に、スイッチ３０を介
してＰＩ演算器２８に入力される。

【００３７】スイッチ２９ａ及び３０は、制御開始指令
によって開・閉が制御され、制御開始前は閉状態になっ
ており、制御開始後は開状態になる。スイッチ２９ａが
閉状態のときにこのスイッチ２９ａを通りＰＩ演算器２
８に入力された発電機出力検出信号は、目標出力パター
ン発生器２６の初期値として設定される。スイッチ３０
が閉状態のときにこのスイッチ３０を通りＰＩ演算器２
８の積分器２８Ｂに入力された関数発生器３３の出力信
号は、積分器２８Ｂの初期値として設定される。この結
果、目標出力パターン発生器２６から出力される目標出
力パターンの初期値は現在の発電機出力と一致し、この
目標出力パターンに従ってスムースに制御がなされ、目
標発電機出力に到達した時点で自動化が解除される。

【００３８】図６は、発電機出力制御の応答性を改善し
た出力制御装置の機能ブロック図である。図５の実施形
態と異なる部分は、フィードフォワード補償器４１と、
加算器３９，４０を設けた点である。発電機出力制御の
応答性改善のために、目標出力パターン発生器２６の出
力信号をフィードフォワード補償器４１に入力し、進み
補償を図った出力信号を、ＰＩ制御器２８の出力信号に
加算するようにしている。この改善に伴って、積分器２
８Ｂの初期値を変更する必要があり、このために、加算
器４０を設けている。加算器４０は、関数発生器３３の
出力信号とフィードフォワード補償器４１の出力信号と
の偏差を求め、この偏差をスイッチ３０を介して積分器
２８Ｂの初期値としてセットするようにしている。

【００３９】制御開始時には、目標出力パターン発生器
２６の出力信号と発電機出力検出器３７の出力信号とが
一致するため、ＰＩ演算器２８の入力はゼロとなる。関
数発生器３３の出力信号とフィードフォワード補償器４
１との偏差をとった値が積分器２８Ｂの初期値となり、
フィードフォワード補償器４１の出力がＰＩ演算器２８
に加算されるため、加算器３９の出力信号は関数発生器
３３の出力信号と等しくなる。この加算器３９の出力信
号が加算器３２に入力されるため、加算器３２の出力信
号はゼロとなる。この結果、この構成においても、現在
の発電機出力を初期値とした目標出力パターンに従って
スムースに制御が実行され、目標出力に到達することが
可能となる。つまり、応答性の改善を図った場合でも安
定な制御をすることが可能である。

【００４０】尚、プラントパラメータの変化率が大きい
ほどある制御モード終了時点から次の制御モード開示時
点までに生じるプラントパラメータの検出値と制御目標
の初期値との偏差が大きくなるため、上述したタイバッ
ク機能が必要となる。従って、例えばプラントパラメー
タの変化率を監視し、この変化率が所定変化率以下のと
きはタイバック機能を停止させ、所定変化率以上のとき
だけタイバック機能を働かせるようにしてもよいことは
いうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、制御開始前に、制御入
力として扱うプラントパラメータの検出値が目標出力パ
ターンの初期値と異なり時々刻々変動していても、不要
な制御棒操作や不安定な制御をすることがなくなり、目
標出力パターンに精度良く追従して目標値に到達させる
ことが可能となる。

【００４２】特に、原子炉の昇温・昇圧制御モードにお
いては、目標炉水温度変化率に従って制御を行い現在状
態から目標炉圧までスムースに到達させることができ
る。また、原子炉の炉出力制御モードにおいては、目標
出力変化率に従って炉出力を目標出力までスムースに制
御することができ、原子炉の発電機出力制御モードにお
いては、目標出力変化率に従って発電機出力を目標出力
までスムースに制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である昇温・昇圧制御モー
ドにおける出力制御装置の機能ブロック図である。

【図２】図１における中性子束の出力状況を示す図であ
る。

【図３】炉出力制御モードにおける出力制御装置の機能
ブロック図である。

【図４】図３における目標出力パターンの出力状況を示
す図である。

【図５】発電機出力制御モードにおける出力制御装置の
機能ブロック図である。

【図６】発電機出力制御モードにおける出力制御装置の
機能ブロック図の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１…出力制御装置、２…制御棒駆動装置、５…中性子検
出器、８…平均温度変化率検出器、９，２８…ＰＩ演算
器、９Ｂ，２８Ｂ…積分演算器、１０，２１，２９ａ，
３０…スイッチ、１２…対数演算器、１７，２６…目標
出力パターン発生器、２２…フィルタ、３３…関数発生
器、７，１１，１８，２３，２７，３２，４０…加算
器、４１…フィードフォワード補償器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 佳彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 石井 一彦 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株式会社 日立製作所 大みか工場内 (56)参考文献 特開 平６−27278（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 7/08 G21C 7/00 G21D 3/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の制御棒を同時に操作して原子力
   プラントの自動起動を行う原子炉制御装置において、計測した炉水温度を用いて求めた炉水温度変化率と、予
   め定められた目標温度変化率との偏差を求める第１の加
   算器と、 該第１の加算器により求めた偏差から原子炉出力に相当
   する中性子束信号を算出する演算器と、 該演算器により算出した中性子束信号と計測した中性子
   束信号との偏差を求める第２の加算器と、 該第２の加算器により求めた偏差に基づいて制御棒を制
   御する信号を出力する判定器とを備え、 昇温昇圧制御モードの制御開始時に、前記演算器の出力
   である原子炉出力に相当する中性子束信号の初期値とし
   て計測した中性子束信号を用いる ことを特徴とする原子
   炉制御装置。
2. 【請求項２】 複数本の制御棒を同時に操作して原子力
   プラントの自動起動を行う原子炉制御装置において、予め定められている目標出力変化率を入力して目標出力
   パターン信号を出力する目標出力パターン発生器と、 計測した圧力制御器出力信号又は計測した中性子束信号
   と、前記目標出力パターン信号との偏差を求める加算器
   と、 該加算器により求めた偏差に基づいて制御棒を制御する
   信号を出力する判定器とを備え、 炉出力制御モードの制御開始時に、前記目標出力パター
   ン発生器の目標出力パターン信号の初期値として、計測
   した蒸気流量信号に相当する圧力制御器出力信号又は計
   測した中性子束信号を用いる ことを特徴とする原子炉制
   御装置。
3. 【請求項３】 複数本の制御棒を同時に操作して原子力
   プラントの自動起動を行う原子炉制御装置において、予め定められた目標出力変化率及び目標出力を入力して
   発電機出力の目標出力パターン信号を出力する目標出力
   パターン発生器と、 計測した発電機出力信号と、前記目標出力パターン信号
   との偏差を求める第１の加算器と、 該第１の加算器により求めた偏差から原子炉出力信号を
   算出する演算器と、 該演算器が算出した原子炉出力信号と計測した圧力制御
   器出力信号との偏差を求める第２の加算器と、 該第２の加算器により求めた偏差に基づいて、制御棒を
   制御する信号を出力する判定器とを備え、 発電機出力制御モードの制御開始時に、前記目標出力パ
   ターン発生器の目標出力パターン信号の初期値として計
   測した発電機出力信号を用い、前記演算器の初期値とし
   て計測した蒸気流量信号に相当する圧力制御器出力信号
   を用いる ことを特徴とする原子炉制御装置。
4. 【請求項４】前記請求項１記載の原子炉制御装置におい
   て、原子炉内の圧力が目標圧力に達したとき、昇温昇圧
   制御モードの制御を終了することを特徴とする原子炉制
   御装置。
5. 【請求項５】前記請求項２記載の原子炉制御装置におい
   て、中性子検出器の出力と目標出力パターン信号とが一
   致したとき、炉出力制御モードの制御を終了することを
   特徴とする原子炉制御装置。
6. 【請求項６】前記請求項３記載の原子炉制御装置におい
   て、前記発電機出力信号と目標出力パターン信号とが一
   致したとき、発電機出力制御モードの制御を終了するこ
   とを特徴とする原子炉制御装置。
7. 【請求項７】 原子力プラントの昇温・昇圧制御モード
   時に複数本の制御棒を同時に操作して自動起動する原子
   炉制御装置において、 目標炉水温度変化率および目標圧力を外部から設定する
   設定手段と、炉水温度検出手段の出力信号を取り込み炉
   心温度変化率を算出する炉水温度変化率算出手段と、前
   記目標炉水温度変化率と前記炉水温度変化率との偏差を
   求める第１の手段と、該第１の手段の出力信号に対して
   積分処理を行う第２の手段と、原子炉内の中性子束信号
   を検出する中性子検出手段と、前記第２の手段の出力信
   号と前記中性子検出手段の検出信号との偏差を求める第
   ３の手段と、原子炉内の圧力を検出する圧力検出手段
   と、該圧力検出手段の検出圧力と前記目標圧力との偏差
   が所定値を越えているときは前記第３の手段の出力信号
   に基づいて制御棒を駆動し、該偏差が所定値以内のとき
   制御棒の駆動を停止する制御棒駆動制御手段と、前記昇
   温・昇圧制御モードの制御開始時に前記中性子検出手段
   の検出信号に基づく信号を前記第２の手段の初期値とし
   てセットする手段とを備えることを特徴とする原子炉制
   御装置。
8. 【請求項８】 原子力プラントの炉出力制御モード時に
   複数本の制御棒を同時に操作して自動起動する原子炉制
   御装置において、 目標出力変化率と目標出力とを外部から設定する設定手
   段と、初期値と前記目標出力変化率から制御目標パター
   ンを作成し出力する制御目標パターン発生手段と、該制
   御目標パターンと原子炉の圧力検出信号との偏差を求め
   る第１の手段と、原子炉出力に相当する原子炉内の中性
   子束信号を検出する中性子検出手段と、該中性子検出手
   段の検出した原子炉出力と前記目標出力との偏差が所定
   値を越えているとき前記第１の手段の出力信号に基づい
   て制御棒を駆動し該偏差が所定値以内のとき制御棒の駆
   動を停止する制御棒駆動制御手段と、前記炉出力制御モ
   ードの制御開始時に前記圧力検出信号に基づく信号を前
   記初期値としてセットする手段とを備えることを特徴と
   する原子炉制御装置。
9. 【請求項９】 原子力プラントの発電機出力制御モード
   時に複数本の制御棒を同時に操作して自動起動する原子
   炉制御装置において、 目標出力変化率と目標出力とを外部から設定する設定手
   段と、前記目標出力変化率と前記目標出力と初期値とに
   基づいて制御目標パターンを作成し出力する制御目標パ
   ターン発生手段と、発電機出力検出手段で検出した発電
   機出力信号と前記制御目標パターンとの偏差を求める第
   １の手段と、該第１の手段の出力信号を積分する第２の
   手段と、該第２の手段の出力信号と原子炉の圧力検出信
   号との偏差を求める第３の手段と、該第３の手段の出力
   に応じて制御棒駆動手段または炉心流量制御手段を制御
   する制御手段と、発電機出力制御モードの制御開始時に
   前記発電機出力信号を前記制御目標パターン発生手段の
   前記初期値としてセットし且つ前記圧力検出信号に基づ
   く信号を前記第２の手段の初期値としてセットする手段
   とを備えることを特徴とする原子炉制御装置。