一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法及系统与流程

本发明涉及电力系统领域，更具体地，涉及一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法及系统。

背景技术

当前，我国核电发展迅速，根据国家核电中长期发展规划，到2020年，中国核电在运装机容量将达5800万千瓦，在建容量则达3000万千瓦，核电装机占比将从2015年的1％提升至2020的5％。随着核电在电力系统中比重的逐渐加大，特别是随着东部沿海地区大型核电基地的逐步投运，电网运行将会出现许多新的问题。由于核安全与电网安全均有重大的社会政治影响，必须深入研究核电机组接入电网以后的动态特性，确保两者都能安全稳定运行。

作为我国主流核电的压水堆核电机组，按其原理可分为相互隔绝的两个部分，即用核裂变生产蒸汽的一回路系统和利用饱和湿蒸汽推动汽轮机做功发电的二回路系统。其中，一回路是核电机组区别于常规机组主要所在；二回路系统的功能则与常规机组大致相同，但具有主蒸汽参数低、焓降小、湿度和流量大等特点。为了准确反映核电机组在扰动下的动态特性，需要建立一、二回路系统间传递功率的详细数学模型。

但用于电网稳定仿真的核电机组模型主要关注一回路系统的建模研究，对于二回路系统的建模有两种方式。其中一种方式是根据热工原理进行精确建模，但这种模型过于复杂，计算量过大，尤其当核电在电网中占到一定比例时，难以在电力系统仿真程序中实际应用。另一种方式也是目前主流的方式，则是基于火电机组模型，采取参数实测的方式进行建模，甚至直接采用火电模型代替。由于未能考虑一、二回路系统间的功率传递特点，这些模型的误差较大，难以准确反映实际机组的动态特性。

技术实现要素：

为了解决背景技术存在的现有对于压水堆核电机组的仿真模型并不能完全模拟核电机组特性，未能考虑到一、二回路系统间的功率传递，使得模拟误差较大的问题，本发明提供了一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法及系统；所述方法及系统通过对核汽轮机饱和湿蒸汽的特点，通过拟合主蒸汽及给水的比焓，同时考虑旁排与机组热效率，采用计算单位时间内焓降的办法，实现了对核蒸汽供应系统与原动机间传递功率的准确模拟，所述一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法包括：

对所述压水堆核电机组参数进行初始化设置；

按照预设规则获得本步长电气量数据；

对压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型进行求解，获得计算参数；所述计算参数包括蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts、汽轮机有效蒸汽需求系数kse以及汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2；

利用所述计算参数对压水堆核电系统模型中最终汽门输出功率进行计算；

进一步的，所述利用所述计算参数对压水堆核电系统模型中最终汽门输出功率进行计算，包括根据所述计算参数计算对应步长内的蒸汽比焓、给水比焓以及总蒸汽流量；

进一步的，所述蒸汽比焓的计算方法包括：

获得所述计算参数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts；

拟合核电汽轮机主蒸汽比焓与温度之间的变化关系，并获得拟合系数k0、k1、k2、k3；

根据温度计算所述蒸汽比焓值hs；同时考虑到压力因素，所述计算公式为：

进一步的，所述总蒸汽流量的计算方法包括：

获得汽轮机额定主蒸汽流量fstmn以及所述计算函数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中汽轮机有效蒸汽需求系数kse和汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2；

计算汽轮机主蒸汽流量fstm1；所述主蒸汽流量的计算方法为fstm1＝ksefstmn；

计算实际总蒸汽流量fstm，所述总的蒸汽流量fstm为所述汽轮机主蒸汽流量与所述旁排系统蒸汽流量之和；

进一步的，所述给水比焓的计算方法包括：

获得总蒸汽流量fstm；

采用分段方式拟合蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，计算得到拟合系数k4、k5；

计算蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓的计算方式为：hw＝k4+k5fstm；

根据所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓计算经过惯性环节、送往蒸汽发生器参与二回路计算的实际给水比焓hin为：

进一步的，所述最终汽门输出功率的计算方法包括：

根据本步长电气量数据中的上一步长二回路功率以及机组热平衡图获得二回路热效率η；

获取二回路的蒸汽比焓hs、给水比焓hin、汽轮机主蒸汽流量fstm1以及汽轮机额定功率pm0；

所述最终汽门输出功率pgv的计算公式为：

进一步的，所述计算参数通过对所述一回路系统模型以及二回路系统模型进行交叉迭代求解获得；

进一步的，所述本步长的电气量数据由上一步长内包括计算参数以及最终汽门输出功率的参数根据设定的数值积分算法计算获得；所述压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型根据本步长的电气量数据求解。

所述一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟系统包括：

初始化单元，所述初始化单元用于对所述压水堆核电机组参数进行初始化设置；

电气量数据计算单元，所述电气量数据计算单元按照预设规则计算本步长的电气量数据；

模型计算单元，所述模型计算单元用于对压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型进行求解，获得计算参数；所述计算参数包括蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts、汽轮机有效蒸汽需求系数kse以及汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2；

综合计算单元，所述综合计算单元用于利用所述模型计算单元输出的计算参数对压水堆核电系统模型中最终汽门输出功率进行计算；

进一步的，所述综合计算单元用于根据所述计算参数计算对应步长内的蒸汽比焓、给水比焓以及总蒸汽流量；

进一步的，所述综合计算单元用于计算所述蒸汽比焓；

所述综合计算单元根据所述计算参数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts，拟合核电汽轮机主蒸汽比焓与温度之间的变化关系，并获得拟合系数k0、k1、k2、k3；

所述综合计算单元根据温度计算所述蒸汽比焓值hs；所述计算公式为：

进一步的，所述综合计算单元用于计算所述总蒸汽流量；

所述综合计算单元根据汽轮机额定主蒸汽流量fstmn以及所述计算函数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中汽轮机有效蒸汽需求系数kse和汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2，计算汽轮机主蒸汽流量fstm1；所述主蒸汽流量的计算方法为fstm1＝ksefstmn；

所述综合计算单元用于计算实际总的蒸汽流量fstm，所述总的蒸汽流量fstm为所述汽轮机主蒸汽流量与所述旁排系统蒸汽流量之和；

进一步的，所述综合计算单元用于计算所述给水比焓；

所述综合计算单元获取主蒸汽流量fstm，采用分段方式拟合蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，计算得到拟合系数k4、k5；

所述综合计算单元用于计算蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓的计算方式为：hw＝k4+k5fstm；

所述综合计算单元根据所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓计算经过惯性环节、送往蒸汽发生器参与二回路计算的实际给水比焓hin为：

进一步的，所述综合计算单元用于根据本步长电气量数据中的上一步长二回路功率以及机组热平衡图获得二回路热效率η；

所述综合计算单元用于计算所述最终汽门输出功率pgv；所述最终汽门输出功率pgv的计算公式为：

其中，hs为蒸汽比焓、hin为给水比焓、fstm1为汽轮机主蒸汽流量、pm0为汽轮机额定功率；

进一步的，所述模型计算单元通过对所述一回路系统模型以及二回路系统模型进行交叉迭代求解获得计算参数；

进一步的，所述电气量数据计算单元通过上一步长内包括计算参数以及最终汽门输出功率的参数根据设定的数值积分算法计算获得本步长的电气量数据；

所述模型计算单元通过本步长的电气量数据对所述压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型进行求解。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法及系统，所述方法及系统通过对核汽轮机饱和湿蒸汽的特点，通过拟合主蒸汽及给水的比焓，同时考虑旁排与机组热效率，采用计算单位时间内焓降的办法，实现了对核蒸汽供应系统与原动机间传递功率的准确模拟，较为准确地反映了核电机组一、二回路间功率变化的动态过程，克服了现有简单套用火电汽轮机入口功率计算方法造成模型动态误差过大的困难，解决了现有电力系统稳定计算中核电机组模型一、二回路系统传递功率难以准确计算的问题，提升了核电模型的仿真精度，为研究核电机组与电网之间的相互影响和协调控制提供了技术支撑。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式的一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为为本发明具体实施方式的一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法的流程图；所述方法通过拟合主蒸汽及给水的比焓，同时考虑旁排与机组热效率，采用计算单位时间内焓降的办法，实现了对核蒸汽供应系统与原动机间传递功率的准确模拟，所述一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟方法包括：

步骤110，所述压水堆核电机组参数进行初始化设置；

所述进行初始化设置的压水堆核电机组参数包括初始化潮流基础数据、系统网络、核电机组一、二回路系统及相应接口参数；

步骤120，按照预设规则获得本步长电气量数据；

进一步的，所述本步长电气量数据由上一步长内包括计算参数以及最终汽门输出功率的参数根据设定的数值积分算法计算获得；

步骤130，对压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型进行求解，获得计算参数；所述计算参数包括蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts、汽轮机有效蒸汽需求系数kse以及汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2；

进一步的，所述计算参数通过对所述一回路系统模型以及二回路系统模型进行交叉迭代求解获得；

所述压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型根据本步长的电气量数据求解；

步骤140，利用所述计算参数对压水堆核电系统模型中最终汽门输出功率进行计算；

进一步的，所述利用所述计算参数对压水堆核电系统模型中最终汽门输出功率进行计算，包括根据所述计算参数计算对应步长内的蒸汽比焓、给水比焓以及总蒸汽流量；

进一步的，所述蒸汽比焓的计算方法包括：

获得所述计算参数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts；

拟合核电汽轮机主蒸汽比焓与温度之间的变化关系，并获得拟合系数k0、k1、k2、k3；

由于核电汽轮机的主蒸汽为湿饱和蒸汽，其相对湿度稳定在100％，因此，焓值曲线可不考虑湿度变化带来的影响。于是，拟合蒸汽比焓焓值曲线时，可以不考虑湿度变化的影响，但需考虑压力因素影响；所述拟合方式可以采用最小二乘法。因此，本发明在电力系统动态仿真实际应用中，使用拟合曲线对蒸汽比焓进行模拟；

根据温度计算所述蒸汽比焓值hs；同时考虑到压力因素，所述计算公式为：

进一步的，所述总蒸汽流量的计算方法包括：

获得汽轮机额定主蒸汽流量fstmn以及所述计算函数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中汽轮机有效蒸汽需求系数kse和汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2；

总蒸汽流量由蒸汽发生器二回路侧决定，并受有效蒸汽需求限制环节、调节阀开度和阀门前后压差的影响；本发明中的核电机组模型总蒸汽流量的计算，通过设定阀门流量修正曲线，并以带限幅的比例环节定义有效蒸汽需求限制；

计算汽轮机主蒸汽流量fstm1；所述主蒸汽流量的计算方法为fstm1＝ksefstmn；

计算实际总的蒸汽流量fstm，所述总的蒸汽流量fstm为所述汽轮机主蒸汽流量与所述旁排系统蒸汽流量之和；

进一步的，所述给水比焓的计算方法包括：

获得所述总蒸汽流量fstm；所述主蒸汽流量fstm通过上一步计算获得；

所述的给水比焓实际特性较为复杂，与给水系统低压加热器、高压加热器和除氧器等多个设备密切相关；本发明的简化模型中，根据给水过程主要受汽轮机抽汽量影响，而汽轮机抽汽量与机组的功率水平密切相关的特点，采用机组热平衡图，根据机组功率水平以分段方式拟合给水比焓；

采用分段方式拟合蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，计算得到拟合系数k4、k5；

计算蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓的计算方式为：hw＝k4+k5fstm；

根据所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓计算经过惯性环节、送往蒸汽发生器参与二回路计算的实际给水比焓hin为：

进一步的，所述最终汽门输出功率的计算方法包括：

根据本步长电气量数据中的上一步长二回路功率以及机组热平衡图获得二回路热效率η；

汽轮机热效率是机组效率一项重要指标，影响热效率的主要因素包括新蒸汽参数、排汽压力以及蒸汽有效焓降与理想焓降的比值等；

本发明中，采用机组热平衡图为工具计算热效率，并作适当修正，以补偿对二回路热力过程等值建模产生的误差；在本实施例中，表1给出了参考机组在不同功率下的机组热效率：

获取二回路的蒸汽比焓hs、给水比焓hin、汽轮机主蒸汽流量fstm1以及汽轮机额定功率pm0；

所述最终汽门输出功率pgv的计算公式为：

图2为本发明具体实施方式的一种压水堆核电机组一、二回路系统传递功率模拟系统的结构图，如图2所示，所述系统包括：

初始化单元210，所述初始化单元210用于对所述压水堆核电机组参数进行初始化设置；

电气量数据计算单元220，所述电气量数据计算单元220按照预设规则计算本步长的电气量数据；

进一步的，所述电气量数据计算单元220通过上一步长内包括计算参数以及最终汽门输出功率的参数根据设定的数值积分算法计算获得本步长的电气量数据；

模型计算单元230，所述模型计算单元230用于对压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型进行求解，获得计算参数；所述计算参数包括蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts、汽轮机有效蒸汽需求系数ks以及汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2；

进一步的，所述模型计算单元230通过对所述一回路系统模型以及二回路系统模型进行交叉迭代求解获得计算参数；

所述模型计算单元230通过本步长的电气量数据对所述压水堆核电机组的一回路系统模型以及二回路系统模型进行求解；

综合计算单元240，所述综合计算单元240用于利用所述模型计算单元输出的计算参数对压水堆核电系统模型中最终汽门输出功率进行计算；

进一步的，所述综合计算单元240用于根据所述计算参数计算对应步长内的蒸汽比焓、给水比焓以及总蒸汽流量；

进一步的，所述综合计算单元240用于计算所述蒸汽比焓；

所述综合计算单元240根据所述计算参数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中蒸汽发生器二回路侧的蒸汽温度ts，拟合核电汽轮机主蒸汽比焓与温度之间的变化关系，并获得拟合系数k0、k1、k2、k3；

所述综合计算单元240根据温度计算所述蒸汽比焓值hs；所述计算公式为：

进一步的，所述综合计算单元240用于计算所述总蒸汽流量；

所述综合计算单元240根据汽轮机额定主蒸汽流量fstmn以及所述计算函数中所述压水堆核电机组二回路系统模型中汽轮机有效蒸汽需求系数ks和汽轮机旁排系统蒸汽流量fstm2，计算汽轮机主蒸汽流量fstm1；所述主蒸汽流量的计算方法为fstm1＝ksefstmn；

所述综合计算单元240用于计算实际总的蒸汽流量fstm，所述总的蒸汽流量fstm为所述汽轮机主蒸汽流量与所述旁排系统蒸汽流量之和；

进一步的，所述综合计算单元240用于计算所述给水比焓；

所述综合计算单元240获得所述总蒸汽流量fstm，采用分段方式拟合蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，计算得到拟合系数k4、k5；

所述综合计算单元240用于计算蒸汽发生器二回路侧给水比焓hw，所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓的计算方式为：hw＝k4+k5fstm；

所述综合计算单元240根据所述蒸汽发生器二回路侧给水比焓计算经过惯性环节、送往蒸汽发生器参与二回路计算的实际给水比焓hin为：

进一步的，所述综合计算单元240用于根据本步长电气量数据中的上一步长二回路功率以及机组热平衡图获得二回路热效率η；

所述综合计算单元240用于计算所述最终汽门输出功率pgv；所述最终汽门输出功率pgv的计算公式为：

其中，hs为蒸汽比焓、hin为给水比焓、fstm1为汽轮机主蒸汽流量、pm0为汽轮机额定功率。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。