JP6104907B2 - 原子炉出力調整装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラント停止時から定格原子炉出力までの原子炉出力調整の自動化を可能とする原子炉出力調整装置に関する。
原子炉、または原子炉と別設の蒸気発生器で発生させた蒸気の熱エネルギーをタービンおよび発電機によって電気エネルギーに変換する原子力発電所において、プラント起動・停止時や昼夜間の電力負荷変動に対応する日負荷追従運転時に、プラント停止時から定格発電機出力までの範囲で原子炉出力を調整することを目的とした原子炉出力調整装置が開発されてきた。従来の原子炉出力調整装置は、例えば、図8,9に示される。
図8に示される従来の原子炉出力調整装置(第1の構成例)では、中央給電指令所1もしくは運転員2が運転パターン(信号)101をインターフェイス部3に入力する。インターフェイス部3では運転パターン101に従い原子炉出力目標値(信号)102および原子炉出力変化率(信号)103を原子炉出力制御部4に入力させる。なお、中央給電指令所1もしくは運転員2は運転パターン101の代わりに原子炉出力目標値102および原子炉出力変化率103を直接インターフェイス部3に入力することもできる。
原子炉出力制御部4では、原子炉出力目標値102、原子炉出力変化率103、および原子炉出力相当信号106を用いて、原子炉出力制御信号108を算出する。原子炉出力制御部4では、例えば次の方法により原子炉出力制御信号108を算出する。原子炉出力制御信号108は、原子炉を原子炉出力設定値118に制御する信号として算出される。
(1)制御開始時の原子炉出力相当信号106である発電機出力106aから、原子炉出力変化率103に合わせて原子炉出力設定値118を算出する。この算出は原子炉出力制御部4の原子炉出力設定器41により原子炉出力設定値118が原子炉出力目標値102に到達するまで行なわれる。
(2)発電機出力(信号)106aと、発電機出力106aと原子炉出力設定器41で算出した原子炉出力設定値118の偏差118aを制御器42に入力し、原子炉出力制御信号108を算出する。この算出は原子炉出力設定値(信号)118と原子炉出力相当信号106との偏差がなくなるまで行なう。
なお、原子炉出力制御信号108を算出するに当たり、必要に応じて主蒸気圧力信号と主蒸気圧力設定(信号)の偏差より算出される圧力制御器出力信号と原子炉出力制御信号108との偏差を用いる場合もある。
原子炉出力制御信号108を用いて、原子炉出力制御装置7が原子炉出力制御機器8を作動させる。例えば沸騰水型原子炉においては、原子炉出力制御装置7である再循環流量制御装置は原子炉出力制御信号108を用いて原子炉出力制御機器作動要求信号109を出力し、原子炉出力制御機器8である原子炉再循環ポンプ8aの駆動状態を変更させ、再循環流量を変化させる。
再循環流量の変化に伴い原子炉出力、主蒸気流量、発電機出力106aが変化する。発電機出力106aと原子炉出力設定値118との偏差がなくなるまで原子炉出力制御部4より原子炉出力制御信号108を出力することにより、原子炉出力を目標値に調整することができる。
従来、原子力発電所では、通常運転時は発電機出力が定格値(100%)となるように運転してきた。定格発電機出力時の原子炉出力は、蒸気タービンの復水器を冷却する冷却水温度によって異なり、冷却水温度の低い季節では発電効率が良くなるため、定格発電機出力を維持するよう原子炉出力を下げていた。しかし近年は、原子炉出力を定格原子炉出力に維持し、より多くの電力を出力する運転を行なうようになってきている。
この際、一般に原子炉出力の値には、必要な各種プラント状態量から熱平衡に基づく演算を所定時間毎に行なう原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号を適用している。このため、特許文献1記載のように、原子炉出力相当信号106を発電機出力106aの代わりに以下の信号を用いることにより定格原子炉出力一定運転を自動で行なう原子炉出力調整装置の開発が始まっている(図9参照)。
すなわち、図9に示される従来の原子炉出力調整装置(第2の構成例)では、(A)必要な各種プラント状態量104から熱平衡に基づく演算を行なう原子炉出力演算部5で算出される原子炉出力信号105、(B)原子炉の中性子計装系でのAPRM信号106bを検出器の経年劣化等を考慮した換算係数で補正・換算した信号206b、(C)発電機出力106aを復水器真空度等に依存する効率で補正・換算した信号206aが、発電機出力106aの代わりに原子炉出力相当信号106として用いられる。
しかし、従来の原子炉出力調整装置では、発電機出力信号等を用いて制御を行なった場合、原子炉出力信号105との間に偏差が発生しても、この偏差を解消することが困難である。このため、現在は定格発電機出力から定格原子炉出力までの原子炉出力調整および定格原子炉出力一定運転は手動で行なわれている。
特開昭64−218996号公報
背景技術に記載した原子炉出力調整装置では、起動・停止時や日負荷追従運転などの原子炉出力調整運転を自動で行なう技術が開発されてきた。しかし今まで開発されてきた原子炉出力調整装置では、プラント停止時から定格発電機出力までの原子炉出力調整運転の自動化が可能であったが、定格原子炉出力までの出力上昇を自動で行なうためには以下の課題1,2があった。このため、従来の原子炉出力調整装置では、定格発電機出力から定格原子炉出力までの出力操作の自動化が困難であるため、手動で徐々に行なっていた。また同様の課題1,2により、定格原子炉出力の維持も手動で行なっていた。
1.図9に記載される原子炉出力調整装置では、原子炉出力演算部5のプロセス計算機による算出間隔は通常数分間隔であるため原子炉出力信号105に数分の時間遅れが発生する。従って、原子炉出力演算部5における算出間隔より短い時間で起こる過渡変化に対応できず、原子炉出力演算部5が算出する原子炉出力信号105をそのまま出力制御に使用することができない。
2.図9に記載される原子炉出力調整装置では、原子炉の中性子計装系でのAPRM信号106bの経年劣化等を変換部13bで補正した信号206b、もしくは発電機出力106aを変換部13aで復水器真空度等に依存する効率で補正した信号206aを用いて制御を行なった場合、原子炉出力演算部5で算出される原子炉出力信号105との偏差が発生してもそれを解消できず、定格原子炉出力を維持することができない。
なお、原子炉出力運転の制御や維持に、上記課題1,2の信号を切り替えて使用した場合においても、課題を解決することはできない。上記課題は、一般に原子炉出力とは原子炉出力演算部5で算出される原子炉出力信号105としているにも関らず、連続的な原子炉出力信号105が得られないため発生する。
つまり、上記課題1,2を解決するためには、原子炉出力信号105の算出間隔が間欠的であっても、原子炉出力信号105に相当する連続的な信号が得られればよく、そして、原子炉出力信号105に相当する連続的な信号が得られれば、プラント停止時から定格原子炉出力まで安定した原子炉出力調整の自動化を達成できると考えられる。そうすると、原子炉出力信号105の算出間隔が間欠的であっても連続的な原子炉出力信号105相当の信号(原子炉出力相当信号)を得る機能を備えるには、原子炉出力調整装置を如何に構成したらよいかが重要になる。
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、原子炉出力信号の算出間隔如何に関らず、連続的な原子炉出力信号相当の信号を得る機能を備えて、プラント停止時から定格原子炉出力まで安定した原子炉出力調整の自動化が可能な原子炉出力調整装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る原子炉出力調整装置は、上述した目的を達成するために、中央給電指令所もしくは運転員より入力された運転パターン、もしくは原子炉出力目標値および原子炉出力変化率に基づき原子炉の出力を調整する原子炉出力調整装置において、必要な各種プラント状態量から熱平衡に基づく演算を行ない原子炉出力信号を算出する原子炉出力演算部と、前記原子炉出力信号の算出間隔では原子炉出力相当と見なせてかつ連続的に得られる原子炉出力相当信号が原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号に一致するように、前記原子炉出力相当信号の補正を前記原子炉出力演算部における算出間隔毎に行なって連続的な補正原子炉出力相当信号を算出する補正部と、前記補正原子炉出力相当信号と前記原子炉出力目標値および原子炉出力変化率を用いて原子炉の出力制御を行なう少なくとも1種類の原子炉出力制御信号を算出する原子炉出力制御部と、原子炉出力制御信号に基づいて作動される原子炉出力制御装置とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、プラント停止時から定格原子炉出力まで安定した原子炉出力調整を自動化することができる。
本発明の第1の実施形態に係る原子炉出力調整装置の構成図。 本発明の第1の実施形態に係る原子炉出力調整装置における原子炉出力相当信号の時間変化状態の一例を示す説明図。 本発明の実施形態に係る原子炉出力調整装置に適用される起動曲線の一例を示す説明図。 本発明の第2の実施形態に係る原子炉出力調整装置の構成図。 本発明の第3の実施形態に係る原子炉出力調整装置の構成図。 本発明の第4の実施形態に係る原子炉出力調整装置の構成図。 本発明の第5の実施形態に係る原子炉出力調整装置の構成図。 従来の原子炉出力調整装置の第1の構成例を示す構成図。 従来の原子炉出力調整装置の第2の構成例を示す構成図。
以下、本発明の実施形態に係る原子炉出力調整装置について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態](図1ないし図3に対応)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る原子炉出力調整装置の一例である原子炉出力調整装置30の構成図である。
原子炉出力調整装置30は、中央給電指令所1もしくは運転員2より入力された運転パターン(信号)101、もしくは原子炉出力目標値(信号)102および原子炉出力変化率(信号)103、を用いて原子炉出力目標値102および原子炉出力変化率103を出力するインターフェイス部3と、原子炉出力目標値102、原子炉出力変化率103、および補正原子炉出力相当信号107を用いて、原子炉出力制御信号108を出力する原子炉出力制御部4と、原子炉出力制御信号108を用いて、原子炉出力制御機器作動要求信号109を算出する原子炉出力制御装置7と、必要な各種プラント状態量(信号)104から熱平衡に基づく演算を行ない原子炉出力信号105を算出する原子炉出力演算部5と、算出された原子炉出力信号105を用いて前記原子炉出力における算出間隔では原子炉出力相当と見なせてかつ連続的に得られる原子炉出力相当信号106を補正した補正原子炉出力相当信号107を原子炉出力制御部4およびインターフェイス部3に出力する補正部6とを備える。
原子炉出力制御部4は、原子炉出力設定器41と、制御器42とを有する第1の原子炉出力制御部4aを備えて構成される。原子炉出力制御部4(第1の原子炉出力制御部4a)では、例えば次の方法により原子炉出力制御信号108を算出する。原子炉出力制御信号108は、原子炉を原子炉出力設定値118に制御する信号として算出される。
(1)制御開始時の補正原子炉出力相当信号107から、原子炉出力変化率103に合わせて原子炉出力設定値(信号)118を算出する。この算出は原子炉出力制御部4の原子炉出力設定器41により原子炉出力設定値118が原子炉出力目標値102に到達するまで行なわれる。
(2)補正原子炉出力相当信号107、および補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力設定値118の偏差118aを原子炉出力制御部4の制御器42に入力し、原子炉出力制御信号108を算出する。この算出は原子炉出力設定値118と補正原子炉出力相当信号107との偏差がなくなるまで行なう。
なお、原子炉出力制御信号108を算出するに当たり、必要に応じて主蒸気圧力信号と主蒸気圧力設定の偏差より算出される圧力制御器出力信号との偏差を用いる場合もある。ここで、原子炉出力相当信号106には、原子炉出力演算部5における算出間隔では原子炉出力と相関があり、連続的に得られる信号を選べばよい。このような連続的な信号には、例えば全流量検出信号106cや原子炉内の中性子束信号106b、発電機出力信号106aが挙げられる。
原子炉出力制御信号108を用いて、原子炉出力制御装置7は原子炉出力制御機器8を作動させる。例えば沸騰水型原子炉においては、原子炉出力制御装置7である再循環流量制御装置7aは原子炉出力制御信号108を用いて原子炉出力制御機器作動要求信号109を出力し、原子炉出力制御機器8である原子炉再循環ポンプ8aの駆動状態を変更させ、再循環流量を変化させる。
再循環流量の変化に伴い原子炉出力、原子炉出力相当信号106である主蒸気流量、発電機出力等が変化する。これらの原子炉出力相当信号106を用いて算出された補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力設定値118との偏差がなくなるまで原子炉出力制御部4より原子炉出力制御信号108を出力することにより、原子炉出力を目標値に調整することができる。
なお、図1に示される原子炉出力調整装置30は、原子炉出力制御装置7として再循環流量制御装置7aを備える場合の例であるが、再循環流量制御装置7aに代わり、制御棒の位置制御を行ない原子炉出力調整を行なう制御棒位置制御装置を原子炉出力制御装置7として用いることもできる。
また、図1に示される原子炉出力調整装置30は、インターフェイス部3、原子炉出力制御部4、原子炉出力演算部5、補正部6、原子炉出力制御装置7、および原子炉出力制御機器8がそれぞれ一重化されている例であるが、インターフェイス部3、原子炉出力制御部4、原子炉出力演算部5、補正部6、原子炉出力制御装置7、および原子炉出力制御機器8の少なくとも何れかを多重化した場合も同様に原子炉出力の調整を行なうことができる。
補正部6での補正原子炉出力相当信号107の算出例として、以下の補正方法がある。
<補正方法1>原子炉出力相当信号106に補正ゲインG1を乗じる方法
補正原子炉出力相当信号107
=補正ゲインG1×原子炉出力相当信号106 ……(S1)
補正ゲインG1は原子炉出力演算部5における算出間隔毎に補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105が一致するように調整する。
補正ゲインG1=原子炉出力信号105/原子炉出力相当信号106 ……(S2)
<補正方法2>原子炉出力信号105に、原子炉出力相当信号106と原子炉出力信号105との差分にゲインを乗じたものを加算する方法
補正原子炉出力相当信号107=原子炉出力信号105
+F(原子炉出力相当信号106)×(原子炉出力相当信号106−原子炉出力信号105) ……(S3)
ここで、F(X)とは、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105が一致するよう予め設定したXの値に対応するゲインを与える関数である。原子炉出力信号105は原子炉出力演算部5における算出間隔毎に更新する。
<補正方法3>原子炉出力相当信号106が原子炉出力信号105に一致するように変換する関数に補正ゲインG2を乗じる方法
補正原子炉出力相当信号107
=補正ゲインG2×F(原子炉出力相当信号106) ……(S4)
ここで、F(X)とは、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105が一致するよう予め設定した関数である。予め設定した値と実測値との偏差を補正するため、原子炉出力演算部5における算出間隔毎に以下のように補正ゲインG2を調整する。
補正ゲインG2=原子炉出力信号105/F(原子炉出力相当信号106)
……(S5)
<補正方法4>原子炉出力相当信号106が原子炉出力信号105に一致するように変換する関数に補正バイアスBを加算する(足しこむ)方法
補正原子炉出力相当信号107=F(原子炉出力相当信号106)+B
……(S6)
ここで、F(X)とは、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105が一致するよう予め設定した関数である。予め設定した値と実測値との偏差を補正するため、原子炉出力演算部5における算出間隔毎に以下のように補正バイアスBを調整する。
補正バイアスB=原子炉出力信号105−F(原子炉出力相当信号106)
……(S7)
上記いずれの補正方法1〜4を用いた場合においても、補正部6は原子炉出力演算部5における算出間隔毎に原子炉出力相当信号106を原子炉出力信号105に一致するように補正を行ない、原子炉出力信号105との偏差が所定範囲内に抑制され、かつ、原子炉出力信号の算出間隔では原子炉出力相当とみなせる連続的な原子炉出力信号相当の信号(補正原子炉出力相当信号107)を算出することができる。
故に、原子炉出力調整装置30では、原子炉出力信号の算出間隔が間欠的であっても、原子炉出力信号の算出間隔の如何に関わらず、当該算出間隔では原子炉出力相当とみなせる連続的な原子炉出力信号相当の信号であって、原子炉出力信号105との偏差を所定範囲内に抑えた補正原子炉出力相当信号107を得ることができ、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105との偏差発生を抑制することができる。
なお、補正原子炉出力相当信号107はインターフェイス部3に出力することで、インターフェイス部3の表示器で監視することができ、運転員2が常時補正原子炉出力相当信号107の値を監視可能とすることができる。
原子炉出力調整装置30が得る補正原子炉出力相当信号107の一例を図2に示す。図2に示されるように原子炉出力演算部5で算出される原子炉出力信号105は間欠的な信号となるため、原子炉出力制御信号としてそのまま使用することはできない。また、原子炉出力相当信号106は原子炉出力Pとの偏差が発生してもそれを直ちに解消できないため、目的とする原子炉出力Pに調整することができない。
これに対し、原子炉出力調整装置30では、補正原子炉出力相当信号107は原子炉出力変化率103が大きい場合には偏差が発生する可能性があるが、その偏差は原子炉出力相当信号106より小さく抑制することができ、連続的な原子炉出力信号105に相当する補正原子炉出力相当信号107を得ることができる。原子炉出力調整装置30では、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力目標値102もしくは原子炉出力設定値118との偏差がゼロになるまで原子炉出力制御信号108を出力し、原子炉出力制御を行なうことで、従来は手動で行なっていた定格原子炉出力までの原子炉出力調整を自動で行なうことができる。
原子炉出力調整装置30の起動曲線の一例を図3に示す。本実施形態の原子炉出力調整装置30では、定格原子炉出力まで自動制御可能となることで、従来、必要であった定格発電機出力での原子炉出力調整のモード切り替え(自動から手動への切り替え)が不要となり、より短時間でかつ運転員2への負担が少なく定格原子炉出力まで原子炉出力の調整を自動化して出力調整可能となる。
[第2の実施形態](図4に対応)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る原子炉出力調整装置の一例である原子炉出力調整装置30Aの構成図である。原子炉出力調整装置30Aを説明するに当り、図1に示す原子炉出力調整装置30と同じ構成には、同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、第2の実施形態以降では、参照する図面(図4〜7)において、原子炉発電プラント系の図示も省略する。
原子炉出力調整装置30Aは、例えば、2種類等の複数種類の原子炉出力制御信号を算出する原子炉出力制御部14(原子炉出力制御部4a,4b)を備えている点と、原子炉出力制御部14が算出した複数種類の原子炉出力制御信号の中から原子炉出力制御信号108として原子炉出力制御装置7に与える1つの原子炉出力制御信号を選択する(切り替える)原子炉出力制御信号切替部15をさらに備える点で、第1の実施形態に記載の原子炉出力調整装置30と基本的に相違する。
図4において、第1の原子炉出力制御部4aは、第1の実施形態に記載の原子炉出力制御部4に相当する構成であり、原子炉出力制御部4と同様に、原子炉出力制御信号108(より詳細には第1の原子炉出力制御信号108a)を算出している。第2の原子炉出力制御部4bは、限定もしくはインターフェイス部3から入力した原子炉出力目標値の一種である発電機出力目標値102bと、同じく原子炉出力変化率103の一種である発電機出力変化率103bと、原子炉出力相当信号106の一つである発電機出力106aとを用いて原子炉出力制御信号108(より詳細には第2の原子炉出力制御信号108b)を算出している。
原子炉出力信号切替部15は、算出された第1,2の原子炉出力制御信号108a,108bを受け取り、原子炉出力制御装置7に入力させる原子炉出力制御信号として出力する信号を、第1の原子炉出力制御信号108aとするか、第2の原子炉出力制御信号108bとするかを切り替える。この切り替えによって、原子炉出力信号切替部15から第1の原子炉出力制御信号108aおよび第2の原子炉出力制御信号108bの何れか一方が原子炉出力制御信号108として原子炉出力制御装置7に入力される。
原子炉出力制御信号切替部15を追設することにより、ある一定の原子炉出力P、例えば定格発電機出力までは従来技術により実績のある発電機出力目標値102b、発電機出力変化率103bおよび発電機出力106aを用いて第2の原子炉出力制御部4bで算出した第2の原子炉出力制御信号108bを用いて原子炉出力制御を行ない、また、定格発電機出力を超える領域では、原子炉出力目標値102a、原子炉出力変化率103aおよび補正原子炉出力相当信号107を用いて第1の原子炉出力制御部4aで算出した第1の原子炉出力制御信号108aを用いて原子炉出力制御を行なうことが可能となる。
定格発電機出力までの実績のある領域では、発電機出力106aを用いて算出された第2の原子炉出力制御信号108bを用いた制御を行なうことで、第1の実施形態(原子炉出力調整装置30)よりも安定して原子炉出力Pを調整することができる。
さらに、原子炉出力制御信号切替部15は、信号切替制御部16を追設することにより自動で作動させることができる。例えば、補正原子炉出力相当信号107もしくは発電機出力106aを信号切替制御部16に入力し、一定値以上の原子炉出力Pもしくは発電機出力では、原子炉出力制御信号切替要求信号110を原子炉出力制御信号切替部15に出力し、この原子炉出力制御信号切替部15を第1の原子炉出力制御信号108aを用いた原子炉出力制御(第1の原子炉出力制御モード)に切り替える。
また、信号切替制御部16は、一定値未満の原子炉出力もしくは発電機出力では、原子炉出力制御信号切替部15を第2の原子炉出力制御信号108bを用いた原子炉出力制御(第2の原子炉出力制御モード)に切り替える。原子炉出力調整装置30Aでは、信号切替制御部16を追設することで、人間系による切替動作を省略することが可能となり、切り替え忘れなどのヒューマンエラーの発生を防止し、より短時間で定格原子炉出力までの自動的な原子炉出力調整を行なうことができる。
さらに、原子炉出力信号切替部15からインターフェイス部3に原子炉出力制御信号切替信号111を出力することで、どの原子炉出力制御信号108(上述の例では、第1の原子炉出力制御信号108a、または第2の原子炉出力制御信号108b)を用いた原子炉出力制御を原子炉出力制御装置7で行なっているのか運転員2に報知する。これにより、インターフェイス部3の表示器(モニタ)で監視することで、運転員2は何の信号を用いた原子炉出力制御が行なわれているのか常時監視することが可能となる。
[第3の実施形態](図5に対応)
図5は、本発明の第3の実施形態に係る原子炉出力調整装置の一例である原子炉出力調整装置30Bの構成図である。
原子炉出力調整装置30Bを説明するに当り、図4に示す原子炉出力調整装置30Aと同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。原子炉出力調整装置30Bは、原子炉出力変化率103aを抑制する原子炉出力変化率抑制部17をさらに備える点で、第2実施形態に記載の原子炉出力調整装置30Aと基本的に相違する。
原子炉出力変化率抑制部17は、補正部6からの補正原子炉出力相当信号107を用いて原子炉出力制御部14(より詳細には第1の原子炉出力制御部4a)にて原子炉出力制御を行なう場合に、インターフェイス部3もしくは第1の原子炉出力制御部4aに原子炉出力変化率抑制信号112を出力し、原子炉出力変化率(信号)103aを抑制する。
原子炉出力調整装置30Bは、原子炉出力変化率抑制部17を追設することにより、例えば原子炉出力変化率(信号)103aが過大で補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力演算部5で算出される原子炉出力信号105との偏差発生による制御への影響が無視できる程度を超える(無視できない)場合、原子炉出力変化率103aを既定値以下に抑制することで前記偏差発生による影響を最小限に抑制することができる。
例えば、原子炉出力演算部5における算出周期では原子炉出力調整装置30Bによる制御精度以下の原子炉出力変化率103aに抑制することで、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力演算部5が算出する原子炉出力信号105との偏差を確実に制御精度以下に抑制することができる。これにより、原子炉出力調整装置30Bでは、原子炉出力変化率103aの大きい領域で発生し得る補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105との偏差発生による制御への影響を抑制することが可能となり、原子炉出力調整装置30Aよりさらに安定して原子炉出力を調整することができる。
原子炉出力変化率抑制部17における原子炉出力変化率103aの抑制機能のオンオフの切り替え方法は、運転員が手動でオンオフを切り替える方法のほか、前述の補正原子炉出力相当信号107を用いた第1の原子炉出力制御部4aによる原子炉出力制御時に、原子炉出力制御信号切替部15から原子炉出力変化率抑制部17に原子炉出力制御信号切替信号111を入力し、原子炉出力制御信号切替信号111の信号状態に応じて自動的にオンオフを切り替える方法もある。
また、原子炉出力調整装置30Bは、原子炉出力変化率103(103a)を自動で抑制する機能を備えている。原子炉出力調整装置30Bでは、補正部6により補正された補正原子炉出力相当信号107を用いて原子炉出力制御部14が原子炉出力制御108を行なう場合、補正原子炉出力相当信号107を受け取る変化率抑制部17が補正原子炉出力相当信号107に基づいて原子炉出力変化率抑制信号112を生成し、インターフェイス部3もしくは第1の原子炉出力制御部4aに出力することにより、原子炉出力変化率103(103a)を自動で抑制する機能が実現されている。
一方、補正原子炉出力相当信号107もしくは原子炉出力相当信号106(106a,106b)を原子炉出力変化率抑制部17に入力し、一定値以下の原子炉出力もしくは発電機出力では原子炉出力変化率抑制信号112をインターフェイス部3もしくは原子炉出力制御部14(4)に出力し、原子炉出力変化率103aを抑制する方法もある。
もしくは、補正原子炉出力相当信号107の補正部6での補正前後の偏差を示す補正原子炉出力相当信号補正前後偏差信号113を原子炉出力変化率抑制部17に入力し、偏差が一定値以上の場合に原子炉出力抑制信号112をインターフェイス部3もしくは原子炉出力制御部14(4)に出力し、原子炉出力変化率103aを抑制する方法もある。
また、補正原子炉出力相当信号107もしくは発電機出力106aを原子炉出力変化率抑制部17に入力し、一定値以上の原子炉出力もしくは発電機出力では原子炉出力変化率抑制信号112をインターフェイス部3もしくは原子炉出力制御部14(4)に出力し、原子炉出力変化率103aを抑制する方法もある。
もしくは、補正原子炉出力相当信号107の補正部6での補正前後の偏差を示す補正原子炉出力相当信号補正前後偏差信号113を原子炉出力変化率抑制部17に入力し、偏差が一定値以上となった場合に原子炉出力抑制をオンとする原子炉出力抑制信号112をインターフェイス部3もしくは原子炉出力制御部14(4)に出力する一方、補正原子炉出力相当信号107の補正部6での補正前後の偏差を示す補正原子炉出力相当信号補正前後偏差信号113を原子炉出力変化率抑制部17に入力し、偏差が一定値未満となった場合に原子炉出力抑制をオフとする原子炉出力抑制信号112をインターフェイス部3もしくは原子炉出力制御部14(4)に出力することによって、原子炉出力変化率103aを抑制する方法もある。
これにより、原子炉出力調整装置30Bでは、ヒューマンエラーによる原子炉出力変化率103aの抑制忘れを防止することができ、また、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力演算部5が算出する原子炉出力信号105との偏差発生による制御への影響をより最小限に抑制することができるので、さらに安定して原子炉出力を調整することが可能となる。
また、原子炉出力変化率抑制部17よりインターフェイス部3に原子炉出力変化率抑制信号112を出力することで、原子炉出力変化率103aが抑制されているか否かを運転員2に報知する。これにより、原子炉出力調整装置30Bでは、インターフェイス部3の表示器(モニタ)で運転員2は何の原因により原子炉出力変化率103aが抑制されているのか常時監視することが可能となる。
なお、本実施形態の説明では、本発明の第3の実施形態に係る原子炉出力調整装置の一例として、原子炉出力調整装置30Aに原子炉出力変化率抑制部17をさらに備える原子炉出力調整装置30B(図5)を例示しているが、本発明の第3の実施形態に係る原子炉出力調整装置は、この例に限定されない。本発明の第3の実施形態に係る原子炉出力調整装置は、原子炉出力調整装置30に原子炉出力変化率抑制部17をさらに備える構成でもよい。
[第4の実施形態](図6に対応)
図6は、本発明の第4の実施形態に係る原子炉出力調整装置の一例である原子炉出力調整装置の原子炉出力調整装置30Cの構成図である。
原子炉出力調整装置30Cを説明するに当り、第1および第2実施形態に示す原子炉出力調整装置30,30Aと同じ構成には同一符号を付し、重複説明を省略する。
原子炉出力調整装置30Cは、入力される複数の原子炉出力相当信号106{106a,106b(106c)}から補正部6(6a,6b)に入力する1個の原子炉出力相当信号106を切り替える(選択する)原子炉出力相当信号切替部20、および補正部6(6a,6b)から出力される複数の補正原子炉出力相当信号107(107a,107b)から原子炉出力制御部4(14)に入力する1個の補正原子炉出力相当信号107を切り替える(選択する)補正原子炉出力相当信号切替部22の少なくとも一方を追設した点で、構成が原子炉出力調整装置30と基本的に相違する。
なお、図6に示される原子炉出力調整装置30Cは、原子炉出力相当信号切替部20および補正原子炉出力相当信号切替部22の両方を備える場合の例である。
原子炉出力相当信号切替部20は、例えば、原子炉出力相当信号106を発電機出力信号106aから原子炉内の中性子束信号106bあるいは全流量検出信号106cに切り替える。この方法は、第1の実施形態に記載の補正方法1を用いた補正原子炉出力相当信号107の算出など、補正部6における補正方法が原子炉出力相当信号106の種類に依存しない場合に使用することができる。
原子炉出力相当信号切替部20を追設することにより得られる利点としては、以下の利点が挙げられる。
1.幾つかある原子炉出力相当信号106(106a,106b,106c)によって、原子炉出力や原子炉の状態で原子炉出力との相関が良い領域が異なる場合、領域によって原子炉出力相当信号106を切り替えることで最適な原子炉出力相当信号を使用することができる。
2.原子炉出力相当信号106のうち一つが得られなくなった場合、他の原子炉出力相当信号106を用いて原子炉出力制御を継続することができる。
なお、上記利点は原子炉出力相当信号切替部20の代わりに、補正原子炉出力相当信号切替部22を追設することでも得られる。補正原子炉出力相当信号切替部22を追設する場合、使用する原子炉出力相当信号106毎に補正部6(6a,6b)も必要となる。このとき、補正部6(6a,6b)の機器構成は、原子炉出力相当信号切替部20のみを備える場合と比較して複雑化するが、常時複数の補正原子炉出力相当信号107(107a,107b)を準備することが可能となるため、信号切替前後での補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力演算部5が算出する原子炉出力信号105との偏差発生の影響を小さくすることができる。
従って、補正原子炉出力相当信号切替部22を追設した場合、補正原子炉出力相当信号切替部22を備えない場合よりも安定して原子炉出力を調整することができる。この原子炉出力調整方法は補正部6における補正方法に依存せず使用することができ、また原子炉出力相当信号を各々に最適な補正方法を用いて補正し、補正原子炉出力相当信号107を算出することもできる。
さらに、原子炉出力調整装置30Cは、原子炉出力相当信号切替部20および補正原子炉出力相当信号切替部22の少なくとも一方が出力する信号の種類を運転員2により手動で切り替えることができるほか、原子炉出力相当信号とするか、補正原子炉出力相当信号とするかを要求する原子炉出力相当信号/補正原子炉出力相当信号切替要求信号114を生成し出力する信号切替制御部21を追設することにより、原子炉出力相当信号/補正原子炉出力相当信号切替要求信号114に基づいて出力する信号の種類を自動的に切り替えることもできる。
例えば、補正原子炉出力相当信号107もしくは発電機出力106aを信号切替制御部21に入力し、一定値以上の原子炉出力もしくは発電機出力では原子炉出力相当信号/補正原子炉出力相当信号切替要求信号114を原子炉出力相当信号切替部20もしくは補正原子炉出力相当信号切替部22に出力し、出力する信号の切り替えを実施する。もしくは、補正原子炉出力相当信号107の補正部6での補正前後の偏差を示す補正原子炉出力相当信号補正前後偏差信号113を信号切替制御部21に入力し、偏差が一定値以上となった場合に同様の方法で切り替えを実施する。
これにより、原子炉出力調整装置30Cでは、ヒューマンエラーによる信号切替忘れを防止し、補正原子炉出力相当信号107と原子炉出力信号105との偏差の発生をより最小限に抑制することが可能となり、さらに安定して原子炉出力を調整することが可能となる。
また、原子炉出力相当信号切替部20もしくは補正原子炉出力相当信号切替部22で切替を実施した際に、インターフェイス部3に現在選択(出力)している信号が何れの原子炉出力相当信号106であるか(もしくは何れの補正原子炉出力相当信号107であるかを示す原子炉出力相当信号/補正原子炉出力相当信号切替信号115を出力することで、どの原子炉出力相当信号106(もしくはどの補正原子炉出力相当信号107)を用いた制御を行なっているのか運転員2に報知する。これにより、インターフェイス部3の表示器(モニタ)で運転員2は何の信号を用いた原子炉出力制御が行なわれているのか常時監視することが可能となる。
[第5実施形態](図7に対応)
図7は、本発明の第5の実施形態に係る原子炉出力調整装置一例である原子炉出力調整装置30Dの構成図である。
原子炉出力調整装置30Dを説明するに当り、原子炉出力調整装置30と同じ構成には同一符号を付し、重複説明を省略する。
原子炉出力調整装置30Dは、原子炉出力調整の自動化の入切状態、すなわち、原子炉出力調整を自動で行なう自動モード(入)であるか原子炉出力調整を手動(自動ではない)で行なう手動モード(切)であるかを切り替える自動化オンオフ切替部25と、自動化オンオフ切替部25に原子炉出力調整の自動化の入切の要求を与える自動化解除信号生成部26とをさらに備えた点で、構成が原子炉出力調整装置30と基本的に異なる。
図7に例示される原子炉出力調整装置30Dでは、自動化オンオフ切替部25(25a,25b)は、複数設けられている。第1の自動化オンオフ切替部25aでは、原子炉出力制御部4に入力する原子炉出力目標値102および原子炉出力変化率103を切離する。第1の自動化オンオフ切替部25aを設けることにより、補正部6からの補正原子炉出力相当信号107に設定値を追従させ、原子炉出力を維持させる。
また、第2の自動化オンオフ切替部25bでは、補正原子炉出力相当信号107が喪失した場合などの必要に応じ、原子炉出力制御部4からの原子炉出力制御装置7への原子炉出力制御信号108を切離する。第2の自動化オンオフ切替部25bを設けることにより、誤った信号により原子炉出力制御が行なわれることを防止することができる。これにより、原子炉出力調整装置30Dは補正原子炉出力相当信号107を用いた原子炉出力制御中においても、必要に応じていつでも原子炉出力制御の自動化を解除することができ、想定外の原子炉出力制御が行なわれることを防ぐことができる。
また、原子炉出力調整装置30Dは、自動化解除信号生成部26をさらに備えることにより、自動化オンオフ切替部25の切り替えを自動で行なうことができる。原子炉出力信号105もしくは補正原子炉出力相当信号107を自動化解除信号生成部26に入力し、どちらかの信号が定格原子炉出力を一定値以上超えた場合に、自動化解除信号116を自動化オンオフ切替部25に送り、原子炉出力制御の自動化を解除する。
この原子炉出力調整装置30Dは、第1実施形態から第4実施形態の原子炉出力調整装置(原子炉出力調整装置30〜30C)のいずれかに記載の原子炉出力調整方法を用いた場合においては、原子炉出力が定格原子炉出力を超えることは通常起こり得ないと考えられるが、万が一、定格原子炉出力を一定値以上超えてしまう場合には、自動化運転を自動的に解除し、定格原子炉出力を超えた領域での運転を未然に防止することができる。もしくは、原子炉出力制御装置7の故障により原子炉出力制御が行なえない場合に、原子炉出力制御装置故障信号119を原子炉出力制御装置7から自動化解除信号生成部26に入力し、自動化解除信号116を自動化オンオフ切替部25に出力することで自動化運転を解除する方法もある。
なお、自動化を解除した場合には、自動化解除報知信号117をインターフェイス部3に出力することで運転員2に報知する。これにより、インターフェイス部3の表示器(モニタ)で運転員2は自動化により原子炉出力制御が行なわれているか否(自動化が解除されている)かについて常時監視することが可能となる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 中央給電指令所
2 運転員
3 インターフェイス部
4(4a),14(4a,4b) 原子炉出力制御部
5 原子炉出力演算部
6,6a,6b 補正部
7 原子炉出力制御装置
7a 再循環流量制御装置
8 原子炉出力制御機器
8a 再循環ポンプ
9 原子炉
10 主蒸気配管
11 タービン
12 発電機
13a,13b 変換部
15 原子炉出力制御信号切替部
16 信号切替制御部
17 原子炉出力変化率抑制部
20 原子炉出力相当信号切替部
21 信号切替制御部
22 補正原子炉出力相当信号切替部
25(25a,25b) 自動化オンオフ切替部
26 自動化解除信号生成部
30,30A,30B,30C,30D 原子炉出力調整装置
101 運転パターン
102 原子炉出力目標値
103 原子炉出力変化率
104 プラント状態量
105 原子炉出力信号
106 原子炉出力相当信号
106a 発電機出力信号
106b 中性子束信号
106c 全流量検出信号
107 補正原子炉出力相当信号
108 原子炉出力制御信号
108a 第1の原子炉出力制御信号
108b 第2の原子炉出力制御信号
109 原子炉出力制御機器作動要求信号
110 原子炉出力制御信号切替要求信号
111 原子炉出力制御信号切替信号
112 原子炉出力変化率抑制信号
113 補正原子炉出力相当信号補正前後偏差信号
114 原子炉出力相当信号/補正原子炉出力相当信号切替要求信号
115 原子炉出力相当信号/補正原子炉出力相当信号切替信号
116 自動化解除信号
117 自動化解除報知信号
118 原子炉出力設定値
119 原子炉出力制御装置故障信号

Claims (17)

  1. 中央給電指令所もしくは運転員より入力された運転パターン、もしくは原子炉出力目標値および原子炉出力変化率に基づき原子炉の出力を調整する原子炉出力調整装置において、
    必要な各種プラント状態量から熱平衡に基づく演算を行ない原子炉出力信号を算出する原子炉出力演算部と、
    前記原子炉出力信号の算出間隔では原子炉出力相当と見なせてかつ連続的に得られる原子炉出力相当信号が前記原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号に一致するように、前記原子炉出力相当信号の補正を前記原子炉出力演算部における算出間隔毎に行なって連続的な補正原子炉出力相当信号を算出する補正部と、
    前記補正原子炉出力相当信号と前記原子炉出力目標値および原子炉出力変化率を用いて原子炉の出力制御を行なう少なくとも1種類の原子炉出力制御信号を算出する原子炉出力制御部と、
    前記原子炉出力制御信号に基づいて作動される原子炉出力制御装置とを備えたことを特徴とする原子炉出力調整装置。
  2. 前記補正部は、原子炉出力演算部における算出間隔毎に補正したゲインを原子炉出力相当信号に乗じることで連続的な補正原子炉出力相当信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  3. 前記補正部は、原子炉出力相当信号と原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号との差分に対し、原子炉出力信号に一致するように予め設定したゲインを乗じたものに原子炉出力信号を加算し、原子炉出力演算部における算出間隔で原子炉出力信号を更新することで連続的な補正原子炉出力相当信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  4. 前記補正部は、原子炉出力相当信号が原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号に一致するよう予め設定した関数に、原子炉出力相当の信号がプラント運転時の原子炉出力信号に一致するように原子炉出力演算部における算出間隔毎に補正したゲインを乗じることで、連続的な補正原子炉出力相当信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  5. 前記補正部は、原子炉出力相当信号が原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号に一致するよう予め設定した関数に、原子炉出力相当の信号がプラント運転時の原子炉出力信号に一致するように原子炉出力演算部における算出間隔毎に補正したバイアスを加算することで、連続的な補正原子炉出力相当信号を算出することを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  6. 前記少なくとも1種類の原子炉出力制御信号は、前記補正原子炉出力相当信号と前記原子炉出力目標値および原子炉出力変化率を用いて算出される第1の原子炉出力制御信号と、発電機出力目標値と発電機出力変化率および発電機出力を用いて算出される第2の原子炉出力制御信号であり、前記原子炉の制御に用いられる制御信号を前記第1の原子炉出力制御信号とするか前記第2の原子炉出力制御信号とするかを切り替える原子炉出力制御信号切替部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  7. 原子炉出力に応じて、前記原子炉出力制御信号切替部に前記原子炉の制御に用いられる制御信号を前記第1の原子炉出力制御信号とするか前記第2の原子炉出力制御信号とするかを選択する要求を与える信号切替制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項6に記載の原子炉出力調整装置。
  8. 前記信号切替制御部は、前記原子炉出力が一定値未満の場合、前記第2の原子炉出力制御信号を前記原子炉の制御に用いられる制御信号として選択する要求を前記原子炉出力制御信号切替部に与えるように構成されたことを特徴とする請求項7に記載の原子炉出力調整装置。
  9. 前記信号切替制御部は、前記原子炉出力が一定値以上の場合、前記第1の原子炉出力制御信号を前記原子炉の制御に用いられる制御信号として選択する要求を前記原子炉出力制御信号切替部に与えるように構成されたことを特徴とする請求項7に記載の原子炉出力調整装置。
  10. 前記補正部により補正された原子炉出力相当信号を用いて制御を行なう場合に前記原子炉出力変化率を抑制する機能を有する変化率抑制部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  11. 前記変化率抑制部は、前記原子炉出力変化率を抑制する機能の入切状態を切り替える機能を有することを特徴とする請求項10に記載の原子炉出力調整装置。
  12. 前記変化率抑制部は、前記補正原子炉出力相当信号に基づいて原子炉出力変化率抑制信号を生成し、生成した原子炉出力変化率抑制信号を前記原子炉出力制御部へ出力するように構成されることを特徴とする請求項10に記載の原子炉出力調整装置。
  13. 前記変化率抑制部は、一定値未満の原子炉出力、もしくは前記補正原子炉出力相当信号の補正前後の値の偏差が一定値未満となった場合、前記原子炉出力変化率を抑制する機能を自動で切とする機能をさらに有することを特徴とする請求項11に記載の原子炉出力調整装置。
  14. 前記変化率抑制部は、一定値以上の原子炉出力、もしくは前記補正原子炉出力相当信号の補正前後の値の偏差が一定値以上となった場合、前記原子炉出力変化率を抑制する機能を自動で入とする機能をさらに有することを特徴とする請求項11に記載の原子炉出力調整装置。
  15. 受信する複数の前記原子炉出力相当信号のなかから1個の前記原子炉出力相当信号を切り替えて出力する原子炉出力相当信号切替部、およびそれぞれ異なる補正方法を用いて複数の補正原子炉出力相当信号を算出する前記補正部から受け取る前記複数の補正原子炉出力相当信号のなかから1個の前記補正原子炉出力相当信号を切り替えて出力する補正原子炉出力相当信号切替部の少なくとも一方をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
  16. 前記原子炉出力相当信号切替部を備える場合に、受信する前記複数の前記原子炉出力相当信号のなかから切り替えて出力するように前記原子炉出力相当信号切替部を制御する第1の信号切替制御部と、
    前記補正原子炉出力相当信号切替部を備える場合に、受信する前記複数の補正原子炉出力相当信号のなかから切り替えて出力するように前記補正原子炉出力相当信号切替部を制御する第2の信号切替制御部とをさらに備え、
    前記第1の信号切替制御部、および前記第2の信号切替制御部は、原子炉出力が一定値以上もしくは未満となった場合、または前記補正原子炉出力相当信号の補正前後の値の偏差が一定値以上となった場合に自動的に作動するように構成されることを特徴とする請求項15に記載の原子炉出力調整装置。
  17. 原子炉出力調整を自動で行なう自動モードの入切状態を切り替える自動化オンオフ切替部と、
    前記原子炉出力演算部算出の原子炉出力信号もしくは前記補正原子炉出力相当信号が、定格原子炉出力を一定値以上超えた場合、または前記原子炉出力制御装置が故障した場合に、前記自動モードの入切状態を入から切に切り替えて前記原子炉出力調整を手動で行なう手動モードに切り替える自動化解除信号を生成する自動化解除信号生成部とをさらに備え、前記自動化オンオフ切替部は、前記自動化解除信号を前記自動化解除信号生成部から受信したか否かに応じて前記自動モードの入切状態を自動的に切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の原子炉出力調整装置。
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