JPH10111393A - 原子炉出力制御装置 - Google Patents

原子炉出力制御装置

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JPH10111393A
JPH10111393A JP8266969A JP26696996A JPH10111393A JP H10111393 A JPH10111393 A JP H10111393A JP 8266969 A JP8266969 A JP 8266969A JP 26696996 A JP26696996 A JP 26696996A JP H10111393 A JPH10111393 A JP H10111393A
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JP
Japan
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control
reactor
output
control constant
constant
Prior art date
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Pending
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JP8266969A
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English (en)
Inventor
Tatsuro Takasaki
達朗 高崎
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10111393A publication Critical patent/JPH10111393A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

(57)【要約】 【課題】原子力発電プラントで、原子炉の長期間に亙る
運転により燃焼度が進み、原子炉の動特性が変化した場
合でも、変動する系統負荷に対して原子炉出力を常に最
適に制御し、電力を過不足無く効率的に発電させる原子
炉出力制御方式を提供する。 【解決手段】日間負荷追従式原子炉出力制御システム
は、原子炉1,制御棒2,制御棒駆動装置3,原子炉出
力制御装置4,中性子束検出器5及び出力制御装置7か
らなる。出力制御装置7はタイマ8及び関数発生器9か
らなる。また、原子炉出力制御装置は、制御演算器6,
タイマ12,制御定数変更タイミング判定器11,偏差
信号記録器10,制御応答評価器13,最適制御定数演
算器14,制御定数設定スイッチ15からなる。最適制
御定数演算器14は、オーバー・シュート量に基づく制
御定数演算器16,整定時間に基づく制御定数演算器1
7,積算器18よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は原子炉出力制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電プラントの原子炉出力制御装
置では、原子炉出力が設定した値になるよう、制御棒挿
入深度,炉心冷却材流量,ほう酸濃度などを調節するこ
とにより制御を行っている。一方、系統の負荷は、例え
ば1日の中で大きく変動することから、電力を過不足無
く発電するためには、発電する電力を系統の負荷と同様
に1日の周期で変化させなければならない。このため、
従来の技術では、「[計装制御と自動化]VII原子炉制
御」((社)火力原子力発電技術協会/1993年11月)にあ
るように、原子炉出力の設定値を、予め想定されるパタ
ーンで時間と共に変更するように運用することとしてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、原子炉
出力制御装置の制御ゲイン等の定数は、プラント起動時
に試験などで、出力変更要求に対して実際の出力のオー
バー・シュート量が小さく、整定時間が短くなるように
調整し、設定される。しかし、プラントを起動してから
停止するまでの数ヶ月間、同定数は特に変更はしていな
い。一方、プラント起動後、炉心は燃焼が進むことによ
り遅発中性子割合,即発中性子生成時間などの核定数が
変化するため、原子炉の動特性も変化する。このため、
燃焼が進むにつれて予め設定した制御定数が原子炉の動
特性に合致しなくなり、原子炉出力のオーバー・シュー
ト量が大きく、整定時間も長くなるなど、制御特性が悪
化する。これにより、原子炉出力が予め設定したパター
ンとは異なった変化をするようになるため、発電した電
力と系統で必要としている電力のミスマッチが大きくな
り、効率的な発電が行えなくなると言う問題点がある。
【0004】本発明の目的は、プラント起動から停止ま
での長期間に亙り、原子炉の燃焼度の進行に伴う炉心動
特性の変化に対しても最適な原子炉出力の制御を行い、
出力変更要求に対して原子炉出力のオーバー・シュート
が大きく、整定時間が長くなることを抑制して、変動す
る系統負荷に対して電力の過不足を極力小さく抑えるこ
との出来るシステムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は周期的に変化する原子炉出力の履歴から制
御応答特性を評価し、同評価結果に基づき最適な原子炉
出力制御に係わる制御定数を演算し、適当なタイミング
で同制御定数を原子炉出力制御の手段へ再設定する機能
を追加する。
【0006】また、原子炉出力を積分して原子炉の燃焼
度を推定し、同燃焼度に対応した原子炉出力制御に係わ
る制御定数を演算し、同制御定数を適当なタイミングで
原子炉出力制御の手段へ再設定する機能を追加する。
【0007】原子炉出力制御装置の制御定数が、制御を
行っている時点における原子炉の状態に対応した最適な
ものに、適当なタイミングで常に自動設定されるため、
制御の応答特性を一定の水準に維持することが出来る。
また、原子炉出力の制御応答特性が悪化しないことによ
り、発電する電力の過不足は最小限に止めることが出来
る。
【0008】
【発明の実施の形態】
(実施例1)以下、本発明の実施例1を図1,図2,図
3を用いて説明する。
【0009】図1は本発明の実施例1の説明図である。
図1で、原子炉1の出力は、制御棒2の挿入深度Zを制
御棒駆動装置3によって操作することにより調整する。
原子炉出力制御装置4では、中性子束検出器5によって
得られた、原子炉出力Pにほぼ比例する中性子束信号P
dを取り込み、出力設定信号Psと中性子束検出信号P
dとを比較して偏差信号εを演算し、偏差信号εを制御
演算器6で演算し、演算結果、即ち制御棒挿入深度指令
値Zdを制御棒駆動装置3へ伝える。なお、制御演算器
6では比例制御を行い、比例ゲインはKpとする。以上
をまとめると、数1のようになる。
【0010】
【数1】 Zd=Kp・(Pd−Ps)=Kp・ε …(数1) 制御棒駆動装置3では、原子炉出力制御装置4から受け
た制御棒挿入深度指令値Zdに従い、制御棒の挿入深度
Zを調整する。出力設定信号Psは、出力指令装置7
で、タイマ8の時間信号tに基づき、周期的に変化する
出力変更データを予め設定した関数発生器9によって演
算される。即ち、fを時間tに対する出力変更データの
関数とすると、数2のようになる。
【0011】
【数2】 Ps=f(t) …(数2) 次に、偏差信号記録器10では、出力変更の1周期分
(本実施例では、24時間分)の偏差信号εの履歴を記
録する。制御定数変更タイミング判定器11では、タイ
マ12からの時間信号tに基づき、制御ゲインを再設定
する最適なタイミングに制御ゲイン変更信号Sをオンに
する。制御ゲイン変更信号Sがオンとなった場合、制御
応答評価器13では、偏差信号記録器10に記録された
前周期の間の偏差信号εの履歴から、同周期における制
御応答の評価を行うため、原子炉出力のオーバー・シュ
ート量εx,整定時間Tsを演算する。次に、最適制御
定数演算器14では、制御応答評価器13で演算した評
価結果及び前周期における制御定数を基に新たな制御定
数Kpを演算する。制御定数設定スイッチ15は、制御
ゲイン変更信号Sがオンとなったことを受けて閉じ、最
適制御定数演算器14で演算した制御定数を制御演算器
6に再設定する。なお、以上の演算処理は、ディジタル
・コンピュータを用いることにより実現される。
【0012】図2は出力指令装置7で出力される出力設
定信号Ps、原子炉出力に相当する中性子束検出信号P
d、及びこれらの偏差信号εの時間変化を示すものであ
る。出力設定信号Psは、24時間の中で変動する系統
負荷に発電する電力量を合わせるため、図2の(a)に
示すように、電力需要の増加する朝の6時に設定出力を
上げ、電力需要の減少する夕方の18時には設定出力を
低下させるよう予め設定されている。
【0013】実際の原子炉出力、即ち中性子束信号は、
制御特性が良くない状態で原子炉出力を24時間の周期
で変更させた場合、図2の(b)に示すようにオーバー
・シュートが大きく、整定時間も長くなる。
【0014】このため、これら原子炉出力の設定値Ps
と実際の出力Pdとの偏差εは、図2の(c)に示すよ
うに変化する。ここで、制御応答評価で演算するオーバ
ー・シュート量εxは出力上昇(下降)時における最大
の偏差値とし、整定時間Tsは制御量が目標設定値に漸
近するプロセスの中で、設定値を変更してからその偏差
が予め定めた判定基準εs以内に収まるまでの時間とす
る。
【0015】図3は最適制御定数演算器14における最
適制御定数の詳細な演算アルゴリズムを説明するもので
ある。制御定数変更タイミング判定器11では、制御定
数の変更を行う最適なタイミングとして、原子炉出力が
最も整定している、出力上昇開始直前の5時59分に制
御定数変更タイミング判定信号S1,S2,S3を順次
出力する。制御応答評価器13では、制御定数変更タイ
ミング判定器11からの制御応答評価開始信号S1を受
けて、原子炉出力のオーバー・シュート量εx及び整定
時間Tsを演算する。その後、最適制御定数演算器14
では、制御定数変更タイミング判定器11からの最適制
御定数演算信号S2を受けて、オーバー・シュート量ε
x,整定時間Tsに比例ゲイン演算係数C1及び比例ゲ
イン演算係数C2をそれぞれ乗じ、それらを減算し、積
算器18に記憶された1周期前の比例ゲインKp[OL
D]に積算し、次の周期で用いる比例ゲインKp[NEW]
を得る。以上をまとめると、数3のようになる。
【0016】
【数3】 Kp[NEW]=Kp[OLD]+(εx・C1−Ts・C2) …(数3) これにより、オーバー・シュートが大きい場合には、比
例ゲインを小さくし、整定時間が長い場合には、比例ゲ
インを大きくすることにより、最適な制御定数を求める
ことができる。そして、制御定数設定スイッチ15は、
制御定数変更タイミング判定器11からの制御定数再設
定信号S3を受けて、演算した制御定数を制御演算器6
に再設定する。
【0017】(実施例2)以下、本発明の実施例2を図
4を用いて説明する。
【0018】図4は本発明の実施例2の全体構成を示す
図である。実施例2は、実施例1における構成要素10
〜15(最適制御定数設定機能)を除き、同じ構成であ
る。積分器19では、検出した中性子束信号、即ち原子
炉出力Pdを数4に示すように時間で積分することによ
り、原子炉から放出されたエネルギーがえられ、これを
燃焼度相当Bとする。
【0019】
【数4】 B=∫Pd(t)dt …(数4) ここで、原子炉出力の制御特性は原子炉の動特性に依存
し、原子炉の動特性は原子炉の遅発中性子割合や即発中
性子生成時間などの核定数に依存する。さらに、これら
の核定数は、燃焼度に依存することが知られている。こ
のため、プラントを起動してから停止させるまでの期間
の、例えば1ヶ月毎の燃焼度に対応した核定数を用い
て、予めプラント動特性解析コード等を用いて最適な制
御定数をサーベイして求め、換算テーブル20に設定し
ておく。これにより、原子炉出力制御装置では、制御中
に燃焼度相当Bに対応した最適な制御定数Kpを求める
ことが出来る。ここで、gを燃焼度相当Bに対する制御
定数Kpの換算テーブルとすると、以上の演算は数5の
ようになる。
【0020】
【数5】 Kp=g(B) …(数5) なお、実施例2でも、実施例1と同様の日間負荷変更を
行うため、タイマ12,制御定数変更タイミング判定器
11,制御定数設定スイッチ15を用いて、原子炉出力
が最も整定する5時59分に最適制御定数の演算及び再
設定を行う。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、原子炉出力を周期的に
変化させるシステムで、原子炉を起動してから停止させ
るまでの長期間に亙って良好な出力制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1による原子炉出力制御装置の説明図。
【図2】原子炉出力変更時における原子炉出力等の時間
変化を示す特性図。
【図3】最適制御定数演算器における最適制御定数の詳
細な演算アルゴリズムの説明図。
【図4】実施例2による原子炉出力制御装置の説明図。
【符号の説明】
1…原子炉、2…制御棒、3…制御棒駆動装置、4…原
子炉出力制御装置、5…中性子束検出器、6…制御演算
器、7…出力指令装置、8,12…タイマ、9…関数発
生器、10…偏差信号記録器、11…制御定数変更タイ
ミング判定器、13…制御応答評価器、14…最適制御
定数演算器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子炉、前記原子炉の出力を計測する手
    段,前記原子炉の出力を設定された値に制御する手段,
    前記原子炉の出力を直接調整する手段,前記原子炉の出
    力を予め想定される周期的な系統の負荷変動に合わせる
    ため、同周期で設定出力を時間とともに変えることがで
    きる設定器を有する原子炉出力制御装置において、前周
    期の間の出力変化から制御応答特性を評価する手段,同
    評価結果から最適な原子炉出力制御の制御定数を演算す
    る手段,同制御定数を前記原子炉出力制御の手段に設定
    する手段を有することを特徴とする原子炉出力制御装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記原子炉出力を積分
    して前記原子炉の燃焼度を演算する手段,同燃焼度から
    最適な原子炉出力制御の制御定数を演算する手段,同制
    御定数を原子炉出力制御の手段に設定する手段を有する
    原子炉出力制御装置。
JP8266969A 1996-10-08 1996-10-08 原子炉出力制御装置 Pending JPH10111393A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101250809B1 (ko) * 2011-09-09 2013-04-04 한국수력원자력 주식회사 원자로 냉각재평균온도 및 출력분포 제어를 위한 자동원자로제어계통

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101250809B1 (ko) * 2011-09-09 2013-04-04 한국수력원자력 주식회사 원자로 냉각재평균온도 및 출력분포 제어를 위한 자동원자로제어계통

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