JPH0196598A - 機能階層構成出力制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機能階層構成出力制御システムに係り、特に
原子力発電プラントに適用するのに好適な機能階層構成
出力制御システムに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、電力系統に占める原子力発電プラントの比重の増
大に伴ない、原子力発電プラントを基底負荷運転に留め
ることなく負荷追従運転、自動周波数制御運転及びガバ
ナフリー運転等の出力調整運転を行なうために使用する
必要性が高まってきた。また、原子力発電プラントの発
電効率向上及び運転具の負担軽減の観点から、プラント
の起動、停止、出カ一定運転に対しても、出力制御を自
動的に行なう必要性が生じている。

ところで、原子力発電プラントにおいて高範囲に亘り出
力制御を自動的に行なうようにすると、関連する制御装
置が多岐に亘り、かつ制御プロセス量及び制御を行なう
場合に監視する必要のあるプロセス量が多数に及ぶこと
になる。例えば、排脱水型原子力発電プラントにおいて
は、出力制御に係る制御装置として、中性子吸収材であ
る制御棒を炉心に挿抜して炉心熱出力を変化させる制御
棒制御装置中性子束減速機能を有する炉心流量を変化さ
せることによりその密度を変化させて炉心熱出力を変化
させる再循環流量制御装置及びタービンを駆動する蒸気
流量を変化させることによって発電機出力を変化させる
タービン制御装置等がある。

従来、これらを関連づけ所定の出力制御を行なう際には
、これらを統括し、かつ最上位に位置付けられた出力調
整装置の設置が考えられてきた。

その際、重要なことは、沸騰水型原子炉では、核燃料及
び各種機器の健全性を維持するため、炉心運転領域や出
力に関連した種々のプロセス量を監視し、それらが所定
の制限内で運転されるよう考慮する必要がある。これら
を解決する方法として、これまでは次に示す２つの方式
が考えられてきた。

（１）１つは監視すべきプロセス量を制御プロセス量と
してフィードバック信号として用い、直接監視プロセス
量を所定に制御しようとする方式である。例えば、再循
環流量制御系における中性子束フィードバック方式がこ
れに相当する。

（２）他の１つは特開昭６１−１６５６９０号公報の様
に、出力調整装置において、予め、監視すべきパラメー
タが所定の制限値を超えることがない様、予測演算する
ことによって、出力設定パターン（運転パターン）を設
定する方式である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術に対する問題点を以下に示す。

監視プロセス量をフィードバックする方式では、特に、
出力制御が高範囲に亘ってくると、監視すべきプロセス
量が多数となり、かつ制御モードに応じて重要な監視プ
ロセス量が変わってくるため、制御アルゴリズムが複雑
になる恐れがある。また、特開昭６１−１６５６９０号
公報に示された方式では、制御を実行する前に、予め予
測演算した結果に基づき出力設定パターンを決定してい
るので、予測精度に伴なう不正確さが存在し、それを初
期の設定パターンに盛り込むことによって、制御範囲が
限定されたり、きめ細い監視が行なわれないことが予想
される。

本発明の目的は、全ての出力制御モードに対して、所定
の運転制限範囲内で、効率良く制御が行なわれ、しかも
その構成が簡便でかつ拡張性のある機能階層構成出力制
御システムを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的は、原子炉プラントの出力制御を行なう制御
棒制御装置、再循環流量制御装置及びタービン制御装置
が階層化された制御手段、制御許容量監視設定手段及び
保護ブロック手段をそれぞれ有しており、各々の前記制
御装置の前記制御手段を統括する統括制御装置と、各々
の前記制御装置の前記制御許容量監視設定手段を統括す
る統括制御許容量監視設定装置と、各々の前記制御装置
の前記保護ブロック手段を統括する統括保護ブロック装
置とを備えていることによって達成できる。

〔作用〕

制御棒制御装置、再循環流量制御装置及びタービン制御
装置の各々に階層化された制御手段、制御許容量監視設
定手段及び保護ブロック手段が設けられているので、制
御、許容制御量の設定及びプラントの保護を同時に独立
してしかも機能的に補関し合いながら行なうことができ
る。このため所定の運転制限範囲を守って速やかに効率
のよい制御を実施することができる。

本発明の好適な一実施例である原子力発電プラントの出
力制御システムを第１図に基づいて以下に説明する。

ここでは、沸騰水型原子力発電プラントに適用した例を
示している。出力制御に係る制御装置としては、７制御
棒制御装置６再循環流量制御装置７、及びタービン制御
装置８が設けられている。制御装置６は制御手段６Ａ、
制御許容量監視設定手段６Ｂ及び保護ブロック手段６Ｃ
と階層化された手段を有しており、制御装置７も階層化
された制御手段７Ａ、制御許容量監視設定手段７Ｂ及び
保護ブロック手段７Ｃを有している。制御装置８も、制
御手段８Ａ、制御許容量監視設定手段８Ｂ及び保護ブロ
ック手段８Ｃを階層化して有している。

更に制御手段６Ａ、７Ａ及び８Ａをシステム的に統括す
る統括制御装置３、制御許容量監視設定手段６Ｂ、７Ｂ
及び８Ｂを統括する統括制御許容量監視設定装置４及び
保護ブロック手段６Ｃ，７Ｃ及び８Ｃを統括する統括保
護ブロック装ｒ１ｉ、５が設けられている。ここで重要
なことは、各階層部はシステム的に機能分類されている
ことを示しているのであって、統括装置３〜５は、実際
の構成上必要な場合に設置すればよい。各階層部は前述
の統括装置３〜５を介して（又は直接）中央給電指令所
１、プロセス計算機２及び第１図では省略されているが
プラント等と連絡されている。２０は運転員である。制
御手段６Ａ、７Ａ及び８Ａは、各制御装置６，７及８の
上位に配せられ、統括制御装置３からの指令に基づいて
、制御モード及び制御プロセス量の選択を行ない、統括
制御装置３からの指令により設定された制御パターンと
を比較演算することによって、該当する制御装置６゜７
及び８の操作量を算出する。制御許容量監視設定手段６
Ｂ、７Ｂ及び８Ｂは、制御装置６，７及び８の操作量設
定部位に配せられ、各制御装置（６，７及び８）におい
て制御時に監視することが必要な沸騰水型原子力発電プ
ラントの監視プロセス量（例えば炉心運転領域、炉周期
、炉水温度変化率、中性子束上昇率、中性子束分布及び
燃料の熱的制限値等）と各々に対する所定の制限値との
裕度から、対応する制御装置で許容される操作量及び操
作量変化率を算出し、設定する。したがって、制御手段
６Ａ、７Ａ及び８Ａで算出された操作量は、該当する制
御許容量監視設定手段６Ｂ。

７Ｂ及び８Ｂで制限されることになる。保護ブロック手
段６Ｃ，７Ｃ及び８Ｃは該当する制御装置６．７及び８
の出力端に配置され、前述の制御許容量監視設定手段６
Ｂ、７Ｂ及び８Ｂとは別に原子力発電プラントまたは炉
心の監視を行なう。これらの保護ブロック手段は、必要
な場合に制御装置とは構成上分離独立した機能により、
出力ブロック及び操作端トリップ等の保護動作を行なう
。

次に本実施例が、どのように動作するのかを説明する。

統括制御装置３は、中央給電指令所１、運転員２ｏ及び
プロセス計算機２の指令又は操作により出力制御モード
、（起動、停止９日負荷通従、自動周波数制御、ガバナ
フリー、出カ一定）及び目標出力、出カバターンを選択
する。統括制御装置３は、選択した出力制御モードに応
じて、各制御装置６〜８に制御モード（自動、一定）制
御プロセス量の選択（炉周期、炉水温度、出力、操作量
）、及び設定パターン（目標値、時間、周期）を指令す
る。制御装置６〜８の制御手段６Ａ。

７Ａ及び８Ａは統括制御装置３から出力された指令に従
って制御演算を実行し、操作量（制御棒移動量、再循環
ポンプ速度変化量、蒸気加減弁開度変化量）を算出する
。一方、制御許容量監視設定手段６Ｂ、７Ｂ、８Ａは、
該当する制御装置毎にまたは統括制御許容量監視設定装
置４にて、制御時において監視が必要な原子力発電プラ
ントのプロセス量（炉心運転領域、炉周期、炉水温度変
化率、中性子束上昇率、中性子束分布、燃料の熱的制限
値等）と所定の制限値との裕度から許容される操作量及
び操作量変化率を算出し、これらの操作量及び操作量変
化率と前述の制御手段６Ａ。

７Ａ及び８Ａ部で算出された操作量と比較する。

制御手段で算出された操作量が許容量を超えた場合には
、該当する制御許容量監視設定手段にて操作量が制限さ
れて出力される。これによって、前述の監視パラメータ
が制限値を超えることはなく、原子力発電プラントは所
定の運転制限範囲内で自動的に目標の出力、又は出カバ
ターンに制御されることになる。また、万一、制御装置
に故障等が発生し、前述の機能が果せないような場合で
、かつプラント及び炉心健全性上の問題が生ずる可能性
がある場合は、各制御装置の出力端に配せられた保護ブ
ロック手段にて、出力ブロック、操作端トリップ等の保
護動作が実行されるので、プラント及び炉心健全性が損
なわれることはない。

以上に本実施例の概念を説明したが、第２図により更に
具体的に説明する。

第２図における１〜８は第１図に示す機能階層化構成出
力制御システムである。沸騰水型原子力発電プラントは
、原子炉９で発生した蒸気を蒸気加減弁１６を介してタ
ービン１４に導き、タービン１４の回転により発電機１
５にて電気を発生させる。このような沸騰水型原子力発
電プラントにおける出力制御は、制御棒制御装置６、再
循環流量制御装置７及びタービン制御装＠８にて行われ
る。制御棒制御装置６は、中性子吸収材である制御棒１
１を炉心２１に挿入または引抜いて原子炉出力を変化さ
せる制御棒駆動装置１２を制御する。

再循環流量制御装置７は再循環ポンプ電源装置１３をコ
ントロールする。再循環ポンプ電源装置１３は、中性子
束減束機能を有する炉心流量調節する再循環ポンプ１０
の回転数を調節する。このような炉心流量の変化により
その密度が変化され、これによって原子炉出力が変化さ
れる。タービン１４を駆動する蒸気流量を変化させるこ
とによって発電機出力を変化させる蒸気加減弁１６がタ
ービン制御装置８によってコントロールされる。第２図
にて一点鎖線で囲まれた部分の構成は第１図において一
点鎖線で囲まれた部分の構成と同じである。

本実施例の動作の概略については既に説明しているので
次に、具体的に種々の出力制御モードに対する本実施例
の動作を示す。先に説明したように、以下に示す出力制
御モードの選択及び目標出力、出カバターンは、中央給
電指令所１、運転員、プロセス計算機２からの指令又は
操作により、統括制御装置３にて決定される。

（１）原子炉の起動 ａ）臨界近接 統括制御装置３から出力された指令信号により、制御棒
制御装置６は自動モード、制御プロセス量として炉周期
を選択し、再循環流量制御装置７は一定モードを選択し
、タービン制御装置８は圧力制御モードを選択する。制
御許容量監視設定手段では、炉周期等が重要プロセス量
として監視される。これらによって、制御棒１１の操作
量は設定された炉周期になるよう算出され、許容操作量
は同じく炉周期と制限値との裕度から算出され、制御棒
操作量を制限する。

ｂ）圧力上昇 統括制御表ｆｆ１３から出力された指令信号に基づいて
制御棒制御装置６では自動モード、制御プロセス量とし
て炉水温度変化率が選択され、再循環流量制御装置７で
は一定モードが選択され、タービン制御装置８では圧力
制御モードが選択される。制御許容量監視設定手段では
、炉水温度変化率、中性子束分布、燃料の熱的制限等が
重要プロセス量として監視される。これらによって、制
御棒１１の操作量は設定された炉水温度上昇率になるよ
う算出され、許容操作量は前述の監視プロセス量と制限
値との裕度から算出され、制御棒操作量を制限する。

Ｃ）出力上昇 統括制御装置３からの指令により、制御棒制御装置６で
は自動モード、制御プロセス量として出力が選択され、
再循環流量制御装置７では一定モードが選択される場合
と、制御棒制御装置６では一定モードが選択され、再循
環流量制御装置７では自動モード、制御プロセス量とし
て出力が選択される場合とがある。何れの場合もタービ
ン制御装置８は圧力／負荷モードが選択される。制御許
容量監視設定手段では炉心運転領域、中性子束上昇率、
中性子束分布、燃料の熱的制限値等が重要プロセス量と
して監視される。これらによって、制御棒１１制御と再
循環ポンプ１ｏ制御が交互に行なわれ、所定の目標出力
に到達する。この間、制御棒操作量再循環ポンプ操作量
は前述の監視プロセス量と制限値との裕度に応じて制限
される。また、何らかの故障等により、前記監視プロセ
ス量が監視制限値を超えて、別に定めた保護制限値に到
った場合には、保護ブロック手段にて、制御棒１１操作
のブロックや再循環ポンプ１ｏの一部トリップを行ない
プラント及び炉心の健全性を維持する。

（２）負荷追従運転 統括制御装置３からの指令信号により、以下に示す負荷
追従モード運転及びそれらの重畳運転ができる。何れの
場合も、制御許容量監視設定手段では炉心運転領域、中
性子束上昇率、中性子束分布、燃料の熱的制限値等が重
要プロセス量として監視され、制限値との裕度に応じて
各制御装置の許容操作量が算出され操作量の制限が行な
われる。

また、この場合も前述と同様に、保護ブロック部にてプ
ラント及び炉心健全性の監視保護が行なわれる。

ａ）日負荷追従 統括制御装置３からの指令信号により、制御棒制御装置
６には直接、制御棒操作量が設定され、再循環流量制御
装置７では自動モード、制御プロセス量として出力が選
択される。この時の各プロセス量及び出力の変化の様子
を第３図に示す。出力変更後、中性子吸収物質であるゼ
ノン１３５の濃度変化が生じるが、再循環流量制御によ
り、出力は一定に保たれる。また、この時の制御許容量
監視設定部と保護ブロック手段部の動作例を第４図〜第
６図を用いて、以下に説明する。第４図は原子炉出力と
炉心流量との関係を示した炉心運転領域を表わしている
。

制御許容量監視設定部では、炉心運転領域をイ〜ハ３つ
の領域に分けている。第５図は各制御装置のブロック図
の例であり、出力と出力設定パターンとを制御手段であ
る制御演算器１７で比較演算して操作量を算出しその後
制御許容量監視設定手段にて設定された信号制限器１８
、変化率制限器１９により操作量は制限される。

前述の運転領域イ〜ハに応じて、この信号制限器１８．
変化率制限器１９の設定が変化することによって、運転
領域が制限値に近づけば近づくほど、制御許容量の許容
度は小さくなるようになっている。第６図は、再循環流
量制御の動作を示したものである。炉心運転領域の監視
及び制御許容量の設定により、制限値を超えることなく
、速やかに応答していることがわかる。

第４図において一点鎖線二は炉心健全性維持の観点から
設けられた設定であり、この設定を超えた場合には、保
護ブロック手段にて、制御棒ブロック、再循環ポンプ一
部トリップの保護動作が行なわれる。

ｂ）自動周波数制御 中央給電指令所１からの指令により、統括制御装置３は
、再循環流量制御装置７に対し、自動モード、制御プロ
セス量として出力の選択を指令し、出力設定パターンを
与える。これによって、再循環流量制御による自動周波
数制御運転が行なわれる。

Ｃ）ガバナフリー 統括制御装置３は、タービン制御装＠８に対し、ガバナ
フリーモードの選択を指令する。これによって、タービ
ン制御装置８ではタービン速度制御を行なうと共に、再
循環流量制御装置７に出力変更要求を出力する。

（出カ一定運転、停止モードについての説明は、省略す
る。） 以上説明した様に、本実施例によれば、出力制御の全て
のモードに対して、所定の運転制限範囲を守り、速やか
な制御を行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明の機能階層化構成出力制御システムによれば、全
ての出力制御モードに対して、各出力制御装置の制御・
監視プロセス量の監視による許容制御量の設定、プラン
ト及び炉心の健全性保護が同時に独立でかつ機能的に補
間し合いながら効率的に行うことができるので、所定の
運転制限範囲を守り、速やかな制御を行なうことができ
るという効果がある。また、本出力制御システムは、機
能毎に分離した構成としているため、構成が簡便であり
、多くの拡張性を有しているという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である機能階層化構成出力制御
システムの構成図、第２図は第１図の制御システムを沸
騰水型原子力発電プラントに適用した例を示す構成図、
第３図は第２図における日負荷追従運転の特性図、第４
図は炉心運転領域を表わした説明図、第５図は第２図の
実施例における制御装置のブロック図、第６図は第２図
の実施例における再循環流量制御による出力上昇の特性
図である。 １・・・中央給電指令所、２・・・プロセス計算機、３
・・・統括制御装置、４・・・統括制御許容量監視設定
装置。 ５・・・統括保護ブロック装置、６・・・制御棒制御装
置、７・・・再循環流量制御装置、８・・・タービン制
御装置、９・・・原子炉、１０・・・再循環ポンプ、１
１・・・制御棒、１２・・・制御棒駆動装置、１３・・
・再循環ポンプ電源装置、１４・・・タービン、１５・
・・発電機、１６・・・蒸気加減弁、１７・・・制御演
算器、１８・・・信号制限器、１９・・・変化率制限器
。 茶　２ｒｉＪ ｌ 茶５囚 出つ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉プラントの出力制御を行なう制御棒制御装置
   、再循環流量制御装置及びタービン制御装置を備え、し
   かも各々の前記制御装置が階層化された制御手段、制御
   許容量監視設定手段及び保護ブロック手段をそれぞれ有
   しており、各各の前記制御装置の前記制御手段を統括す
   る統括制御装置と、各々の前記制御装置の前記制御許容
   量監視設定手段を統括する統括制御許容量監視設定装置
   と、各々の前記制御装置の前記保護ブロック手段を統括
   する統括保護ブロック装置とを備えていることを特徴と
   する機能階層構成出力制御システム。 ２、前記制御手段は各々の前記制御装置の上位に配せら
   れ、選択された制御モード、制御プロセス量及び設定さ
   れた制御パターンに基づく、制御プロセス量と制御パタ
   ーンとの比較演算により操作量の算出を行ない、前記制
   御許容量監視設定手段は各々の前記制御装置の操作量設
   定部位に配せられ、制御を行なう際に、監視すべきプロ
   セス量と所定の制限値との裕度から各制御装置操作量の
   許容操作量の設定を行なつて前記操作量の制限を行ない
   、前記保護ブロック手段は各々の前記制御装置の出力端
   に配せられ、プラント又は炉心監視により必要な場合、
   制御装置とは構成上分離独立した機能により、出力ブロ
   ック、操作端トリップ等の操作を行なう特許請求の範囲
   第１項記載の機能階層構成出力制御システム。 ３、前記制御手段は、運転員、プロセス計算機又は中央
   給電指令所からの指令信号により、起動、停止、日負荷
   追従・自動周波数制御、ガバナフリー、出カ一定等の出
   力制御モードを把握し、各々の前記制御装置に制御モー
   ド、制御プロセス量の選択、制御パターンの設定を行な
   う特許請求の範囲第２項記載の機能階層構成出力制御シ
   ステム。 ４、前記制御許容量監視手段は、炉心運転領域、炉周期
   、炉水温度変化率、中性子束上昇率、中性子束分布、燃
   料の熱的制限値等の監視プロセス量とそれぞれの所定の
   制限値との裕度から、各々の前記制御装置に対し許容さ
   れる操作量及び操作量変化率を算出し、設定する特許請
   求の範囲第２項記載の機能階層構成出力制御システム。