一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法及系统与流程

本发明涉及核电，具体涉及一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法及系统。

背景技术：

1、当前国内高温气冷堆核电厂的反应堆核功率控制系统与压水堆类似，是通过控制棒控制器来调节控制棒在堆芯的深度来控制反应堆核功率的，同时一回路热氦温度和冷氦温度作为副调控制器的调节参数。三个串级控制器共同构成了反应堆核功率的串级控制系统。

2、由于该协调控制系统的三级控制系统，各层次之间的耦合比较多，各控制变量之间的互相影响，就导致在试验或操作时，容易导致控制棒提升和下插的较大波动。另外控制棒在大功率范围内的对反应堆反应性控制能力也较为不足。综上需要对反应堆核功率控制系统进行改进。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明解决的技术问题是：如何提升高温气冷堆核电厂反应堆核功率控制系统的稳定性，如何提升反应堆核功率控制系统的大范围控制能力，实现对反应堆核功率控制系统的更高效控制。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法，包括如下步骤：实时监测系统状态，获取核功率测量值和核功率设定值，通过选择模块比较测量值和设定值，选择合适的控制方式，执行切换过程，确认切换结果。

5、作为本发明所述的高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述实时监测系统状态包括通过核电厂的监控模块，收集实时的反应堆参数数据，所述数据包括反应堆内部温度、冷却剂氦气流速、控制棒位置、中子通量、主氦风机的流量和功率、主给水泵的流量和功率；

6、通过核电厂的自动控制模块，获取核电厂的运行目标和状态，所述目标和状态包括预期的电网负载、预期的反应堆功率水平、核电厂的设备保养计划、气象条件、冷却剂的供应情况、核燃料的燃耗和更换周期，以及其他环境和设备参数，根据所述目标和状态确定出适应当前实际情况的核功率设定值；

7、控制模块有一套完善的故障检测和处理程序，当检测到核电厂运行存在异常或报警，如反应堆过热、核燃料耗尽、冷却系统出现故障、控制棒不能正常工作、主氦风机或主给水泵的流量和功率偏离正常值，该系统将自动或人为地退出自动控制模式，转而由操纵员通过手操器直接控制相关设备，确保核电厂的安全运行。

8、作为本发明所述的高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述选择合适的控制方式包括当核功率设定值与核功率测量值偏差小于核功率的5％时，通过选择模块，将核功率设定值与核功率测量值的偏差信号输入到控制棒控制器，仅通过控制棒来调节核功率。

9、作为本发明所述的高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述选择合适的控制方式包括当核功率设定值与核功率测量值偏差大于核功率的5％时，通过选择模块，将核功率设定值输入到主氦风机转速设定器，基于核功率与主氦风机流量对应关系函数通过控制主氦风机及主给水泵来调节核功率；

10、核功率与主氦风机流量对应关系函数，表示为：

11、

12、其中，pcore是核功率，ρ是氦气密度，q是主氦风机流量，pcirc是主氦风机功率，η是主氦风机效率。

13、作为本发明所述的高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述切换过程包括将主氦风机转速设定器得到的控制信号输入到主氦风机控制器，控制主氦风机变频器，控制主氦风机转速，改变主氦风机转速，改变堆芯温度，堆芯温度改变引入反应性变化，进而调节反应堆功率。

14、作为本发明所述的高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述切换过程包括主氦风机的输出同时会输入到主氦风机主给水泵流量匹配器，通过主氦风机流量与主给水泵流量对应关系函数获得主给水泵转速控制信号，然后再通过主给水泵转速控制器输出控制电动主给水泵变频器和气动泵调阀开度的信号，进而控制主给水泵转速，改变主给水泵转速，控制主给水流量，进而改变蒸发器输出热功率，改变冷热氦温度，间接改变堆芯温度，堆芯温度改变引入反应性变化，进而调节反应堆功率；

15、主氦风机流量与主给水泵流量对应关系函数，表示为：

16、

17、其中，qw是主给水泵流量，cp是水的比热容，δt是水在蒸汽发生器中的温升，δt是水在蒸汽发生器中的温升，∈为蒸汽发生器的热效率。

18、作为本发明所述的高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述切换过程包括控制棒控制器、主氦风机转速控制器、主给水泵转速控制器都分别接有dcs软手操器，作为在自动控制失效或系统报警时的应急控制手段，当处于应急情况时，自动控制将被自动或人为地退出，由操纵员直接通过手操器控制相关设备，以确保高温气冷堆核电厂的安全运行，这一手动控制环节设计严谨，能够快速有效地应对可能的异常情况。

19、本发明的另外一个目的是提供一种高温气冷堆核电厂核功率控制系统，其能通过实时监测系统状态，比较测量值和设定值，选择合适的控制方式，解决了核功率控制的不稳定性和复杂性问题。

20、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高温气冷堆核电厂核功率控制系统，包括实时监测模块、选择模块、主氦风机转速设定器、主氦风机转速控制器、主氦风机、主氦风机主给水泵流量匹配器、主给水泵转速控制器、主给水泵、蒸发器、控制棒控制器、控制棒手操器、主氦风机手操器、主给水泵手操器、控制棒；

21、所述实时监测模块用于获取核功率测量值和核功率设定值，以及监测和收集反应堆参数数据，自动检测和处理故障情况；

22、所述选择模块用于比较测量值和设定值，根据偏差选择合适的核功率控制方式；

23、所述控制棒控制器用于接收选择模块的信号，并根据此信号控制反应堆的核功率，主要在核功率设定值与核功率测量值偏差小于核功率的5％时发挥作用；

24、所述主氦风机转速设定器用于在核功率设定值与核功率测量值偏差大于核功率的5％时，接收选择模块的信号，并将设定的核功率转化为主氦风机的转速控制信号；

25、所述主氦风机转速控制器用于接收主氦风机转速设定器的控制信号，然后控制主氦风机变频器以调整主氦风机转速；

26、所述主氦风机用于提供冷却氦气流量，其转速由主氦风机转速控制器控制；

27、所述主氦风机主给水泵流量匹配器用于接收主氦风机的输出，并根据主氦风机流量与主给水泵流量对应关系函数获得主给水泵转速控制信号；

28、所述主给水泵转速控制器用于接收主氦风机主给水泵流量匹配器的信号，然后控制主给水泵转速；

29、所述主给水泵用于提供冷却剂的流量，其转速由主给水泵转速控制器控制；

30、所述蒸发器用于将来自主给水泵的冷却水转化为蒸汽，其输出热功率会影响冷热氦温度和反应堆功率；

31、所述控制棒用于调控核反应，实现对核功率的控制；

32、所述手操器连接至各控制器，用于在系统发生异常或报警时，操纵员手动通过手操器控制相关设备。

33、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的步骤。

34、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种高温气冷堆核电厂核功率控制的方法的步骤。

35、本发明的有益效果：本发明提高了核功率控制的精度和灵活性，可以在更宽的功率范围内精确控制反应堆的反应性，减少了因核功率控制系统复杂和不稳定导致的操作困难和风险，提高了系统的稳定性和可靠性，在控制系统出现故障或系统报警时，该系统能够自动或人为地退出自动控制模式，由操作员手动控制相关设备，确保了核电厂的安全运行，降低了控制棒提升和下插的较大波动，增强了操作的稳定性和安全性。