专利名称：一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法
技术领域：
本发明涉及核电厂仪控系统领域，具体是指一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法。
背景技术：
核电厂仪控系统仿真研究工作的目的在于，通过对核电厂数字化反应堆控制系统进行仿真研究，对各控制系统进行参数优化，提供各系统的参数整定值，为现场调试和功率运行提供正确指导，从而保证核电厂并网发电工作的顺利进行。现有的核电厂仪控系统仿真技术有以下两种方式
[文献I]秦山核电二期工程计算机仿真技术在控制系统中的应用，张英，第24卷，2003年第2期(增刊)，核动力工程(P244 P248)、原子能出版社。该文献介绍了如何将现·代计算机仿真技术用于核电厂的仪控系统设计中。即以国外通用的用于核电站控制系统仿真设计的计算机仿真程序CATIA2为工具进行一系列仿真试验，通过改变控制参数并分析所得仿真试验结果，最后确定出了一套合理的控制参数用于了秦山二期核电站的调试和功率运行。但由于秦山二期的仪控系统采用的是模拟技术，数据传输时间快，因此无需在仿真程序中对控制系统中的参数获取以及控制通道的处理时间步长进行模拟，即在仿真程序的各时间步长点对各参数进行获取并对控制通道进行计算。[文献2]核电站全范围模拟机关键技术探讨，章旋、茆荣、曹建亭，第40卷，第I期，热力发电(P16 P18)。该文献对仿真平台、建模工具、过程模拟、数字化仪控仿真等6项模拟机关键技术进行了分析探讨。文献中指出数字化仪控系统的仿真通常采用虚拟仿真、翻译仿真和模拟仿真3种技术方案，并对这3中方案进行了简单的说明并分析了其优缺点。但这3种技术方案都是基于DCS组态平台，即控制系统采用的实际的控制系统，因此仿真逼真度高，但DCS组态软件的固有结构限制了仿真功能的开发。文献I由于是对采用模拟技术的控制系统进行仿真，因此未涉及数字化技术对仪控系统带来的时间延迟。而文献2讨论的全范围模拟机，采用的是实际设计的仪控系统，因此也未提及在设计阶段，如何对现有仿真程序模型进行相应的数字化处理，以更真实的对数字化仪控系统进行模拟并对系统进行优化设计，达到指导现场调试的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，采用该方法后，有效的模拟了数字化技术的应用对仪控系统所带来的时间延迟，从而使得仿真程序对仪控系统的模拟更为真实，仿真结果对现场调试更具有实际意义和指导性。本发明的目的通过下述技术方案实现一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，包括以下步骤
(a)首先，通过综合分析核电厂数字化仪控系统的主要性能指标或要求，确定其重要的输入信号；
(b)然后，根据核电厂数字化仪控系统中上述输入信号及其相应的数字化采样模块参数，对数值模型进行修改，即分别对各输入信号增加数字化采样模块模型及其相应的采样时间步长、以及对控制通道设置相应的处理时间步长。上述步骤(a)中，核电厂数字化仪控系统的主要性能指标或要求包括仪控系统的可利用率、精度和响应时间。上述输入信号包括反应堆功率控制系统信号一回路平均温度信号、汽机第一级压力信号、核功率信号；稳压器水位控制系统信号一回路平均温度信号、稳压器水位信号、上充流量信号；稳压器压力控制系统信号稳压器压力信号；蒸汽发生器水位控制系统信号蒸汽流量信号、蒸汽发生器水位信号、给水温度信号、汽机第一级压力信号、蒸汽母管/给水母管压差信号；蒸汽排放控制系统信号一回路平均温度信号、汽机第一级压力信号。
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当仿真程序本身的迭代计算时间间隔大于控制通道处理时间步长时，在该时刻重新进行控制通道计算，产生新的控制通道定值；否则保持上一时刻的控制通道定值不变。当重新计算控制通道处理时间步长时，将控制通道的处理时间时刻点和各输入信号的采样时间步长相比较，从而确定计算时所采用的各输入信号为当前时刻的信号值还是上一时刻的信号值。本发明的基本思路为由于目前数字化技术已在核电厂仪控系统中应用，数字化采样模块的采样频率、仪控系统CPU响应时间等因素都会在相关仪控系统中引入时间延迟；本发明基于数字化仪控系统总体响应时间相对延长的特点，对控制通道所用到的主要输入信号引入数字化采样模块模型及相应的采样时间步长，以及引入控制通道的处理时间步长，以更真实的对仪控系统进行模拟和对控制参数进行优化。综上所述，本发明的优点为通过对仿真程序中仪控系统进行数字化处理，从而更真实的对数字化仪控系统进行模拟和对仪控系统进行优化设计，达到了利用仿真研究指导实际设计的目的，仿真结果用于指导现场调试和功率运行，提高了核电厂的可用性、可靠性和经济性。
图I为核电厂仪控系统采用模拟技术时的仿真程序模拟计算示意 图2为本发明的仿真程序模拟计算示意 图3为模拟技术时程序的处理示意 图4为数字化时间步长和程序计算步长的关系示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例本发明涉及一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，其主体思想是对控制通道所用到的主要输入信号引入数字化采样模块模型及相应的采样时间步长，以及引入控制通道的处理时间步长，以更真实的对控制系统进行模拟和对控制参数进行优化。在核电厂仪控系统采用模拟技术时，相应的仿真程序仅设置了一个用于程序本身迭代计算的时间步长dT，如[文献I]中程序的模拟计算可用图I所示，由图I可知该仿真程序无法有效模拟数字化技术的时间延迟对仪控系统的影响。为了更真实的对数字化仪控系统进行模拟，需对仿真程序进行相应的数字化处理，其包括1)对控制系统输入信号增加采样模块；2)对控制系统输入信号增加采样时间步长；3)对控制通道设置相应的处理时间步长；其具体步骤如下
首先，通过综合分析核电厂数字化仪控系统的主要性能指标或要求，如仪控系统的可利用率、精度和响应时间等参数，确定其重要的输入信号，如反应堆功率控制系统信号一回路平均温度信号、汽机第一级压力信号、核功率信号；稳压器水位控制系统信号一回路平均温度信号、稳压器水位信号、上充流量信号；稳压器压力控制系统信号稳压器压力·号、汽机第一级压力信号、蒸汽母管/给水母管压差信号；蒸汽排放控制系统信号一回路平均温度信号、汽机第一级压力信号。然后，根据核电厂数字化仪控系统中上述输入信号及其相应的数字化采样模块参数，对仿真程序的数值模型进行修改，即分别对各输入信号增加数字化采样模块模型及其相应的采样时间步长dTl到dTn、以及对控制通道设置相应的处理时间步长DT。利用修改后的仿真程序对核电厂仪控系统性能进行分析及对控制参数进行优化设计，其模拟计算由图2所示，由图2可知本发明对控制通道所用到的主要输入信号引入数字化采样模块模型及相应的采样时间步长，以及引入控制通道的处理时间步长，以更真实的对仪控系统进行模拟和对控制参数进行优化。由于数字化技术的应用给仪控系统带来了时间上的延迟，因此，为了有效模拟时间延迟的影响，本发明增加对控制通道的处理时间步长DT以及各输入参数的采样时间步长 dTl 到 dTn。采用模拟技术时，程序中各物理量的值以及控制通道是在整数倍计算步长dT的时间点上进行计算的，即t=nXdT (n=l，2，···，)时计算，如图3所示。考虑数字化的影响，引入如前所述的采样模块和采样时间步长之后，程序中仪控系统所需输入参量的值的获取方法发生了相应变化。采用本发明进行处理以后，在程序计算过程中，只有当程序本身的迭代计算时间间隔大于控制通道的处理时间步长DT时，才考虑在这个时刻重新进行控制通道计算，产生新的控制通道定值，否则保持上一点的通道定值不变。同样，当满足重新计算控制通道定值时间条件时，控制通道定值的计算输入信号是采用当前时刻的信号值还是上一时刻的信号值，也必须将控制通道的处理时间时刻点和输入信号的采样时间相比较后进行选择。如图4所示，第一次进行控制通道计算时各变量应取图4中“Λ”表示的时刻点的信号值，在下一次运算时则取图中“〇”表示的时刻点的信号值。综上，本发明通过对仿真程序中仪控系统进行数字化处理后，更真实的对数字化仪控系统进行模拟和对仪控系统进行优化设计，达到了利用仿真研究指导实际设计的目的，仿真结果用于指导现场调试和功率运行，提高了核电厂的可用性、可靠性和经济性。如上所述，便能较好的实现本发明。·
权利要求
1.一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，其特征在于包括以下步骤 (a)首先，通过综合分析核电厂数字化仪控系统的主要性能指标或要求，确定其重要的输入信号； (b)然后，根据核电厂数字化仪控系统中上述输入信号及其相应的数字化采样模块参数，对数值模型进行修改，即分别对各输入信号增加数字化采样模块模型及其相应的采样时间步长、以及对控制通道设置相应的处理时间步长。
2.根据权利要求I所述的一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，其特征在于所述步骤(a)中，核电厂数字化仪控系统的主要性能指标或要求包括仪控系统的可利用率、精度和响应时间。
3.根据权利要求I所述的一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，其特征在于所述输入信号包括反应堆功率控制系统信号一回路平均温度信号、汽机第一级压力信号、核功率信号；稳压器水位控制系统信号一回路平均温度信号、稳压器水位信号、上充流量信号；稳压器压力控制系统信号稳压器压力信号；蒸汽发生器水位控制系统信号蒸汽流量信号、蒸汽发生器水位信号、给水温度信号、汽机第一级压力信号、蒸汽母管/给水母管压差信号；蒸汽排放控制系统信号一回路平均温度信号、汽机第一级压力信号。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，其特征在于当仿真程序本身的迭代计算时间间隔大于控制通道处理时间步长时，在该时刻重新进行控制通道计算，产生新的控制通道定值；否则保持上一时刻的控制通道定值不变。
5.根据权利要求4所述的一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，其特征在于当重新计算控制通道定值时，将控制通道的处理时间时刻点和各输入信号的采样时间步长相比较，从而确定计算时所采用的各输入信号为当前时刻的信号值还是上一时刻的信号值。
全文摘要
本发明公开了一种用于核电厂数字化仪控系统仿真的数值模型处理方法，包括步骤(a)首先，通过综合分析核电厂数字化仪控系统的主要性能指标或要求，确定其重要的输入信号；(b)然后，根据核电厂数字化仪控系统中上述输入信号及其相应的数字化采样模块参数，对仿真程序的数值模型进行修改，即分别对各输入信号增加数字化采样模块模型及其相应的采样时间步长、以及对控制通道设置相应的处理时间步长。本发明通过对仿真程序中仪控系统进行数字化处理，从而更真实的对数字化仪控系统进行模拟和对仪控系统进行优化设计，达到了利用仿真研究指导实际设计的目的，仿真结果用于指导现场调试和功率运行，提高了核电厂的可用性、可靠性和经济性。
文档编号G05B17/02GK102789169SQ201210165468
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者刘艳阳, 张瑞, 张英, 王华金, 王远兵, 陈智 申请人:中国核动力研究设计院