JPS63200100A - 原子力発電所の自動運転方法及び自動運転装置 - 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、原子力発電所の運転自動化に係り、特に原子
炉の運転制限条件を満足するため運転計画を変更する必
要がある場合に、適切な修正ロードカーブを自動的に求
めて運転目標を設定する自動化方法及び自動化装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

原子力発電所の運転計画作成、出力制御、炉心監視及び
運転中での運転計画修正を自動化することを主要な課題
とした公知技術としては、例えば特開昭５７−１３５３
９７がある。この公知例では、（イ）中央給電指令所か
らの要求負荷パターン（基本ロードカーブに等しい）に
より近く、かつ運転制限条件を遵守する負荷パターンを
炉心シミュレータを用いて自動的に探索する運転計画作
成装置と、（ロ）原子炉からプラントデータをとりこみ
、運転制限条件に対する余裕（炉心流量、線出力密度等
）があらかじめ設定された許容値を超えたと判断された
場合に運転ガイド要求指令を出力する炉心状態監視装置
と、（ハ）運転計画作成装置に従って１時間程度の短い
時間後の炉心状態及び運転制限条件に対する余裕を予測
計算し、もしも運転計画通りに運転すると運転制限条件
に違反すると判断された場合には、当該予測値と運転制
限値の比を出力換算して計画値から差し引くことにより
暫定的な運転法を立案する運転ガイド装置とから成る、
原子炉負荷追従制御システムが提示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の公知例では、運転計画から決まるロードカーブを
修正する要因として運転制限条件の余裕度が無い場合の
みを取り上げている。しかしながら、運転制限条件に余
裕が有っても、例えばプラント起動時など原子炉出力を
大幅に変更する場合には、原子炉状態の予測に用いる炉
心シミュレータの誤差のために、必ずしも設定した制御
棒パターンでは原子炉出力／炉心流量の目標値を達成で
きない場合がある。すなわち、程度の差は有っても使用
するシミュレータには必ず誤差が有るので、詳細なロー
トカーブの作成・計算をやり直す必要があると思われる
。

また公知例では、計画通りに運転すると運転制限条件に
違反すると判断された場合、当該予測値と運転制限値と
の比を出力換算し計画値から差し引くことにより暫定的
な運転法を立案する方法を用いているが、運転法の局所
的な変更の結果、それに続く運転計画も大幅に修正する
必要を生じるので、結果的には要求された基本ロードカ
ーブから大きくずれる虞れが有る。これを防ぐには、運
転法を変更する必要がある場合、ロードカーブ全体に互
って基本ロードカーブによる要求炉出力との偏差が小さ
く、かつ運転制限条件の余裕度が大きくなるような修正
ロードカーブを作成し、これに従って新たな運転法を決
定する方式が望ましい。

本発明の目的は、上記した２つの問題への対応機能、す
なわち（ｉ）予測に用いる炉心シミュレータの誤差補正
と、（ｎ）シミュレータの予測誤差や運転制限条件に違
反する虞がある場合にロードカーブを最適修正する機能
を持たせることにより、原子炉の実際の運転状況に合わ
せた柔軟な対応を可能とした原子力発電所の運転自動化
方法及び自動化装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、プラントの運転パラメータの実測値と炉心
シミュレータによる同予測値を毎時突き合わせて統計処
理して誤差予測モデルを作成することにより、まず予測
誤差対策が達成できる。次に予測誤差が前もって規定し
た値よりも大きい場合、又は運転制限条件に違反すると
予測された場合に、要求された基本ロードカーブからの
偏差と運転制限条件の余裕度をそれぞれ出力変動運転区
間に渡って積分した値をパラメータとする評価関数を用
い、最適修正ローブカーブを作成することにより、運転
計画全体を見た運転法の適切な変更が達成できる。

〔作用〕

炉心シミュレータを用いた予測計算で得られるプラント
の運転パラメータは、（Ａ）［子炉平均出力、炉心平均
ボイド率等の集中定数モデルで得られるものと、（Ｂ）
出力分布、熱的制限値等の炉心の分布モデルに依存する
ものとがある。前者（Ａ）のパラメータはロードカーブ
に従った出力変動に対して、局所的にはほぼ線形の変動
応答を示すが。

後者（Ｂ）のパラメータは制御棒パターンの変化にも依
存するので、必ずしも線形モデルで記述可能な連続的変
動応答を示すものではない、しかしながら、制御棒パタ
ーンが一定又は相似形とみなせる条件のもとで炉心流量
を調整して出力を変化させる場合には、局所的線形化が
実現できる。よって、上記のような一様な運転条件のも
とで、実測値とあらかじめシミュレータで求めていたそ
の時点の予測値との差を連続的に求めると、その時系列
は適当な線形式又は高々２次式で記述できる。

シミュレータの誤差補正は、そのような時系列の将来に
おける変動を多変量解析等の手法により統計的予測モデ
ルを作成することにより実現できる。

一方、修正ロードカーブの各点における運転パラメータ
（炉心流量、制御棒パターン等）の関数として、要求さ
れた基本ロードカーブからの偏差と運転制限条件の余裕
度とが定義可能である。″ａ転制限条件は、単に最適探
索における制約条件としても修正ロードカーブの最適化
問題を解くことができるが、一般的には規格化した運転
制限条件の制限値迄の差の逆数をパラメータとして用い
て、これを評価関数に組込めばよい。前者の制約条件付
非線形最適化問題は１例えば有効許容方向法を採用して
解くことが可能である。後者の一般化した最適化問題は
、ベクトル目的関数を与えられた制約条件のもとで最小
化する多目的計画問題となるが、ここでは総合的に評価
するためにベクトルの絶対値を評価関数とすることによ
り、通常の最適化手法で解くことが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の原子力発電所の運転自動化装置の実施例
を説明する。第１図は、実施例の八本的な機能構成を示
すものであり、大きく分けて、プラント３、該プラント
３の制御変数をとりこんで目標値に等しくなるように制
御するための操作量を出力するサブループ制御装置！！
４、サブループ制御装置に目標値を出力する統括制御装
置５、統括制御装置に修正ローブカーブを出力する機能
を全体として形成している状態予測部６と状態監視部７
とシミュレータ誤差補正部８とカーブ最適修正部９から
成る運転計画修正部、及び統括制御装置５にオペレータ
の運転要求指令を入力すると共にプラントの運転状態や
運転自動化装置の各部分機能の計算結果をオペレータに
提示するマン・マシンインターフェース２から構成され
ている。以下、本発明の主要な技術的特徴部分であると
ころの運転計画修正部の動作を詳細に述べる。

状態監視部７はプラントデータ１１をとりこみ、現行プ
ラントで既に採用されている技術であるところの炉心性
能計算機を用いた炉心監視装置により短時間で炉心出力
分布や熱的制限値等の運転パラメータを計算し、運転計
画作成知識データベース１０からの運転制限値と突き合
わせて運転制限条件の余裕度を求める。状態予測部６は
、プラントデータ１１をとりこみ、炉心シミュレータを
用い、出力変動の運転目標をロードカーブに従って設定
かつ運転するとした場合の、カーブ各点における運転パ
ラメータ予測値を求める。シミュレータ誤差補正部８は
、状態監視部７で求めた運転パラメータの実測値と、こ
の実測値に対応するもので状態予測部６で前もって求め
ておいた運転パラメータの予測値とをとりこみ、それら
の差の時系列を用いてシミュレータ誤差の補正値を求め
る。

カーブ最適修正部９は、運転制限条件の余裕度とシミュ
レータ誤差の補正値をとりこみ、現時点で用いているロ
ードカーブを修正する必要があるか否かを判定し、修正
する必要があると判定した場合には運転計画作成知識デ
ータベース１０を用いて修正ロードカーブを作成する。

以上に述べた運転計画修正部の基本的な計算手順を示す
と第２図のようになる。以下、大枠で囲んだ計算ステッ
プを処理するシミュレータ誤差補正８′と、カーブ最適
修正９′とにおける詳細な計算内容を述べる。

第３図にシミュレータ誤差補正部８における計算手順を
示す。予測誤差時系列は次式により求める。

δｘＤ）＝ｘ（ｔ）−ｘ（ｔ）　　　　　　　・・・（
１）（ｔ＝ｔｏ、ｔｔｔ　　・・・しｎ） ここで、ｘ（ｔ）”　（ｘｔ（ｔ）、ｘｚ（ｔ）、ｘｑ
（ｔ））は運転パラメータの実測値ＸＩ、　Ｘ２．・・
・Ｘｑ　を要素とするベクトル、ｘ　（ｔ　）はシミュ
レータによる予測値から得られる運転パラメータの予測
値ベクトル、δｘ（ｔ）、　　（ｔ＝ｔｏ、ｔ　　ｔｔ
、−ｔｎ　）　　は予測誤差の時系列である。この予測
誤差の時系列を表わす統計的モデルについて採用した基
本的仮定は、これらの時系列がある説明変数の線形式に
よって表わされるような系統的な変数囚を含んでいると
したことである。もしも系統的な変動因を含まない場合
には、その変動の大きさは確率的変動の分散程度になる
ので、予測誤差としては無視可能である。統計的モデル
として多変量重回帰モデルを採用した場合、目的変数と
して予測誤差の時系列をとると、次式の関係式が適用で
きる。

δｘ　（ｔ　）　＝　β　・ｕ　（ｔ　）＋ε　（１）
　　・・・（２）（ｔ＝ｔｏ、ｔｔｔ・・・ｔｎ） ここで、βは偏回帰係数マトリクスＣＰＸｑ）。

ｕ（ｔ）は説明変数ベクトル（Ｐ次元）、　ε　（１）
は残差ベクトル（ｑ次元）である。この場合に採用する
説明変数としては、ロードカーブに従ってプラントを運
転していく時に変化させる操作量、例えば、炉心流量、
制御棒引抜シーケンスのステップ数、Ｘｅ濃度等をとれ
ばよい。よって、多変量重回帰分析の手法により偏回帰
係数マトリクス△ βの最小二乗推定値βを求め、これを用いて現時点ｔｎ
よりも将来の時刻ｔｚにおけるシミュレータの予測結果
修正値ｘ傘（ｔｚ）が次式で表わ（ｔｆｆｉ＞ｔｎ） ここで、予測結果修正値を与える（３）式は独立変数を
将来の時刻ｔ！とじて表わしているが、これは表現形式
上この様に表わしているのであり、実際の独立変数は説
明変数ベクトルＵとなる。このことは、モデル式（２）
における時間パラメータｔｌは単に個々のデータの番号
付けの意味を示していることによるものである。また１
、このことから（３）式は、予測結果修正値ベクトルの
各スカラー成分毎に成立する関係式であり、従って、モ
デル式（３）を作成するのに用いたものと異なるロード
カーブに対しても適用可能である。

以上に述べたシミュレータ誤差の補正方法は、物理的モ
デルによらない統計的解析手法の例を示すものであるが
、これ以外にも従来多く採用されている物理モデルに実
測値をフィードバックして修正する方法、シミュレータ
入力データのチューニングによる方法を同時に併用し得
るものである。

第４図にカーブ最適修正部９の詳細計算ブロック図を示
す。修正ロードカーブ仮定部２１では、状態監視部７か
ら現時点における運転制限条件の余裕度を、シミュレー
タ誤差補正部８から予測誤Δ 差の補正値δｘ−（ｔ）＝　βｕ（し）をそれぞれとり
こみ、まず最初、現時点で使用しているロードカーブを
新たに修正する必要が有るかどうかについて判定する。

判定の基準としては、運転制限条件の余裕度が無い場合
、又はシミュレータの予測誤差の補正値が設定したある
基準値よりも大きい場合に、ロードカーブの修正計算に
入るとする。

次に、修正計算に入った場合は、まず最初に仮定する修
正ロードカーブとしては現時点で使用しているロードカ
ーブとするが、修正が現時点適一度も行われていない場
合には外部から入力データとして与えられる基本ロード
カーブ２７を用いる。

入力処理部２２は、仮定した修正ロードカーブをとりこ
み、ロードカーブを特徴づける主要な運転点に対して、
運転パラメータ（出力分布、熱的制限値等）予測値を求
めるシミュレーションのための入力データを作成し、そ
のデータ処理を行う。

予測シミュレーション２３では、シミュレーション用の
入力データを炉心シミュレータ２８に入力し、ロードカ
ーブの主要な運転点における運転パラメータの予測値を
求める。この際、シミュレータ誤差補正部８からのシミ
ュレータモデルの修正、及び入力データチューニングに
関する情報を反映させる。次に結果取り出し部２４では
、シミュレーション結果から運転パラメータの予測値を
取り出し、シミュレータ誤差補正部８から与えられる予
測結果修正値（（３）式）を用いて、シミュレータの予
測値を補正する。カーブ性能評価部２５では、ロードカ
ーブ各点の運転パラメータ予測値をとりこみ、例えば次
式に示すような評価関数によって、ロードカーブの妥当
性を評価する。

５ｕｂｊ、　ｔｏ　ｕεＵ＝　（ｕｉｇ（ｕ）≦０）た
だし、ｆ　（ｕ）＝　（ｆ　ｘ（ｕ）、　ｆ　ｚ（ｕ）
、　・＝　ｆ　ｈ（ｕ））は評価関数ベクトルであり、
その要素ｆ１・・・ｆｂは各種運転パラメータの目標値
からの偏差、又は熱的制限値の余裕度、出力分布の良さ
、制御棒パターンの変更回数等、ロードカーブの適切さ
を評価するためのパラメータを規格化、重み付けしたも
のである。ｇ（ｕ）＝　（ｇｔ（ｕ）、・・・ｇｒ（ｕ
））は制約条件ベクトル、ＵεＲ′はロードカーブに従
って運転する場合の操作量と運転条件のべりトルであり
、シミュレータの予測誤差モデル（（２）式）で用いた
説明変数ベクトルに等しくとってよい。最適措置探索部
２６では、カーブ性能評価部２５で作成したロードカー
ブの評価関数を用いて、ロードカーブ修正のための最適
方向探索を行う。修正したロードカーブが最適であるか
どうかは、評価関数が減少しなくなったかどうかで判定
できる。

最適点に到達した場合には統括制御部５に最適修正ロー
ドカーブと、それに従ってプラントを運転する場合の操
作量と運転条件のベクトルの情報を一出力する。又、最
適方向探索で新たな修正ロードカーブが得られた場合に
は、修正ロードカーブ仮定部２１にそのデータを送り、
以上に述べたシミュレーションとカーブ性能評価とを繰
返す。″第５図に、本発明になる原子力発電所の運転自
動化装置を用いて、原子炉出力上昇を行わせた場合のシ
ミュレーションの１例を示す。この例では、炉心シミュ
レータに意図的に誤差を付加した場合を示している。当
初の基本ロードカーブに従って出力上昇を行った場合、
シミュレータの誤差のために、熱的制限値の実測値が予
測値よりも余裕度の小さい変化カーブを示している。そ
こで、Ｂ点においてシミュレータ誤差を補正して、熱的
制限値を予測したところ、運転制限条件に違反してしま
うことが判明したので、運転計画修正部によって最適修
正ロードカーブを作成した。最適修正ロードカーブでは
、制御棒引抜きによる出力上昇をＣ′点で中断し、Ｃ″
点点炉炉心流量増加より出力上昇を行って、Ｃ“〜Ｃ″
′点で再度制御棒抜きによる出力上昇を行っている。こ
の際、定格運転時の目標制御棒パターンについても、誤
差を補正した予測シミュレーションにより熱的制限値の
余裕度が増加するような修正を実現している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、炉心シミュレータの予測値の誤差を実
測値にもとづいて補正するので、ロードカーブ作成時の
各種運転条件に関する予測精度が向上し、出力運転途中
で運転法を変更するケースの発生が少なくなる。また、
運転法を変更する場合には、ロードカーブの最適修正機
能により、運転計画全体を評価した適切な運転法の変更
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本構成を示すブロック図、
第２図は運転計画修正部の計算手順を示すフロー図、第
３図はシミュレータの誤差補正手順を示すフロー図、第
４図はロードカーブの最適修正部の詳細ブロック図、第
５図は原子炉出力上昇を行わせた場合のシミュレーショ
ンの１例を示す図表である。 １・・・オペレータ、２・・・マン・マシンインターフ
ェース、３・・・プラント、４・・・サブループ制御部
、５・・・統括制御部、６・・・状態予測部、７・・・
状ｆＩＡ監視部、８・・・シミュレータ誤差補正部、９
・・・カーブ最適修正部、１０・・・運転計画作成知識
データベース。 １１・・・プラントデータ、２１・・・修正ロードカー
ブ仮定部、２２・・・入力処理部、２３・・・予測シミ
ュレーション、２４・・・結果取り出し部、２５・・・
カーブ性能評価部、２６・・・最適措置探索部、２７・
・・基本ロードカーブ、２８・・・炉心シミュレータ、
２９・・・運転制限条件。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、統括制御部によってサブループ制御部に対して制御
   目標値を与えると共に、原子力発電所の各構成機器の制
   御量検出信号を上記サブループ制御部に入力し、上記制
   御量が目標値に近づくように原子力発電所構成機器を制
   御する方法において、 （ａ）原子力発電所の運転パラメータに基づいて、その
   変動を予測すると共に、 （ｂ）上記運転パラメータに基づいて、運転制限条件に
   適合しているか否かを判定し、かつ、 （ｃ）上記運転パラメータの実測値と予測値とに基づい
   て誤差補正値を算出し、 （ｄ）前記（ｂ）項の判定結果と（ｃ）項の誤差補正値
   とに基づいて、運転計画データベースのロードカーブを
   修正し、修正されたロードカーブを前記統括制御部にフ
   ィードバックすることを特徴とする原子力発電所の自動
   運転方法。 ２、前記（ｃ）項における誤差補正値の算出は、実測値
   と予測値との偏差の時系列データを用いて、該偏差を予
   測する為の統計的予測モデルを作成し、この予測モデル
   を用いた偏差予測値に基づいて誤差補正値を算出するも
   のであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
   載の原子力発電所の自動運転方法。 ３、前記（ｄ）項におけるロードカーブ修正は、（ｉ）
   前記（ｂ）項の判定結果と（ｃ）項の誤差補正値とを用
   いて、データベースのロードカーブを基礎とする修正ロ
   ードカーブを仮定し、（ｉｉ）炉心シミュレータを用い
   て上記修正ロードカーブ各点の原子炉状態及び、運転制
   限条件からの余裕度を求め、（ｉｉｉ）前記修正ロード
   カーブから決まる炉出力変動カーブと同要求変動カーブ
   との偏差、並びに、運転制限条件余裕度の出力変動運転
   区間に亙る積分値をパラメータとする評価関数を用いて
   、修正ロードカーブの最適方向探索を行い、（ｉｖ）上
   記探索結果に基づいて新たな修正ローブカーブを仮定し
   、該評価関数による最適修正ローブカードが求まるまで
   同様の演算を繰り返すことを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載の原子力発電所の自動運転方法。 ４、原子力発電所の各構成機器から制御量検出信号をフ
   ィードバックされつつ該構成機器を制御するサブループ
   制御部と、運転計画データベースから与えられるロード
   カーブに基づいて上記サブループ制御部に対して制御目
   標値を与える統括制御部とを設けた原子力発電所の自動
   運転装置において、 （ｅ）原子力発電所の各構成機器からの制御量検出信号
   を入力されて、制御量の変動を予測する状態予測部と、 （ｆ）上記検出信号を入力されて、制御量が運転制限条
   件に適合しているか否かを判定する状態監視部と、 （ｇ）前記制御量の実測値と予測値に基づいて、予測値
   の誤差補正値を算出するシユミレータ誤差補正部と、 （ｈ）前記（ｆ）項の判定結果と、前記（ｇ）項の誤差
   補正値とに基づいて、運転計画データベースのロードカ
   ーブを修正するカーブ最適修正部とを設けたことを特徴
   とする、原子力発電所の自動運転装置。