阅读说明：本技术 一种核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法 (Method for controlling outlet temperature of direct-flow steam generator of nuclear power station ) 是由 刘俊峰 马晓珑 韩传高 张瑞祥 宋健 姚尧 武方杰 孙文钊 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法,包括以下步骤：1)获取蒸汽发生器出口温度设定值,同时获取当前蒸汽发生器出口温度测量值、冷却剂流量测量值及给水流量测量值；2)确定蒸汽发生器出口的冷却剂流量设定值及给水流量设定值；3)得冷却剂泵或风机变频器频率的设定值；4)得给水泵变频器频率的设定值；5)根据冷却剂泵或风机变频器频率的设定值调节冷却剂泵或风机的转速；根据给水泵变频器频率的设定值调节给水泵转速,以控制蒸汽发生器出口蒸汽温度,该方法能够有效提高核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制的稳定性和灵活性。(The invention discloses a method for controlling the outlet temperature of a straight-flow steam generator of a nuclear power station, which comprises the following steps: 1) acquiring a set value of outlet temperature of the steam generator, and simultaneously acquiring a current measured value of outlet temperature of the steam generator, a measured value of coolant flow and a measured value of water supply flow; 2) determining a coolant flow set value and a water supply flow set value of an outlet of the steam generator; 3) obtaining a set value of the frequency of a coolant pump or a fan frequency converter; 4) obtaining a set value of the frequency converter of the water feeding pump; 5) adjusting the rotating speed of the coolant pump or the fan according to the set value of the frequency of the coolant pump or the fan frequency converter; the rotating speed of the feed pump is adjusted according to the set value of the frequency converter of the feed pump so as to control the temperature of steam at the outlet of the steam generator.)

一种核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法

技术领域

本发明属于核能科学与工程领域，涉及一种核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法。

背景技术

核电站蒸汽发生器出口温度是核电站运行中最主要的控制变量之一。在核电机组启动、正常运行和升降负荷过程中，会有多种因素对蒸汽发生器出口温度造成影响，主要包括：反应堆功率、一回路冷却剂流量、给水温度、给水流量、减温水流量和温度等。核电站直流式蒸汽发生器在运行过程中，二次侧水容量和热容量均很小，缓冲能力非常有限，给水流量的控制是通过维持主蒸汽压力不变来进行调节的。由于主蒸汽温度变化对压力扰动的影响非常敏感，因此，直流蒸汽发生器在动态过程中，要实现动态平衡，对出口蒸汽温度控制系统有很高的要求。如果主蒸汽温度控制不好，长时间高温运行会导致蒸汽发生器传热管损坏，严重情况下引起爆管，在汽机侧会导致汽轮机寿命缩短，汽缸、叶片和高压缸前轴承等部件受到破坏。同样，主蒸汽长时间温度过低也会引起机组安全问题，导致汽轮机部件的热疲劳，汽缸和转子胀差等偏离正常运行工况。

由于蒸汽发生器出口温度控制的复杂性，主蒸汽温度的控制一直是核电站运行过程中的难点。对于采用直流式蒸汽发生器的核电机组，如高温气冷堆、钠冷快堆等，现阶段蒸汽发生器出口温度的控制都是采用调节冷却剂流量的方案来实现。具体的控制原理如下图1所示。现有的蒸汽发生器出口温度控制方案为串级控制，执行器为冷却剂泵或风机。蒸汽发生器出口温度控制系统作为串级控制回路的主回路，冷却剂流量控制系统作为串级控制回路的副回路。对于高温气冷堆而言，冷却剂为一回路氦气；对于钠冷快堆而言，冷却剂为钠。蒸汽发生器出口温度采用串级控制方式，与单回路控制相比，具有能够减小控制变量最大偏差和积分误差的优势，但也至少存在以下技术缺陷：(1)串级控制回路是基于控制变量扰动服从高斯分布的假设条件，其控制精度相对较高，但核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制较复杂，其扰动并不完全符合高斯分布，使得单一的串级控制回路灵活性较差。尤其在机组变工况运行时，控制回路难以动态精确跟踪参数变化；(2)当用于控制蒸汽发生器出口温度的冷却剂流量控制系统发生异常故障时，单一的串级控制回路失去控制功能，蒸汽发生器出口温度将急剧变化，易引起反应堆跳堆等异常事件，稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法，该方法能够有效提高核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制的稳定性和灵活性。

为达到上述目的，本发明所述的核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法包括以下步骤：

1)获取蒸汽发生器出口温度设定值，同时获取当前蒸汽发生器出口温度测量值、冷却剂流量测量值及给水流量测量值；

2)计算蒸汽发生器出口温度设定值与测量得到的蒸汽发生器出口温度测量值之间的温度偏差，然后根据所述温度偏差利用蒸汽发生器出口温度控制器确定蒸汽发生器出口的冷却剂流量设定值及给水流量设定值；

3)计算冷却剂流量测量值与冷却剂流量设定值之间的冷却剂流量偏差，然后将冷却剂流量偏差输入到冷却剂流量控制器中，再将冷却剂流量控制器输出的冷却剂泵或风机的频率信号叠加冷却剂泵或风机的流量-转速前馈信号，得冷却剂泵或风机变频器频率的设定值；

4)根据给水流量设定值与给水流量测量值，计算给水流量偏差，再将给水流量偏差输入到给水流量控制器中，再将给水流量控制器输出的给水泵的频率信号叠加给水泵流量-转速前馈信号，得给水泵变频器频率的设定值；

5)根据冷却剂泵或风机变频器频率的设定值调节冷却剂泵或风机的转速；根据给水泵变频器频率的设定值调节给水泵转速，以控制蒸汽发生器出口蒸汽温度。

还包括：通过冷却剂泵或风机流量-转速表检测冷却剂泵或风机的流量-转速前馈信号。

还包括：通过给水泵流量-转速表检测给水泵流量-转速前馈信号。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法在具体操作时，根据蒸汽发生器出口温度设定值与测量得到的蒸汽发生器出口温度测量值之间的温度偏差，确定蒸汽发生器出口的冷却剂流量设定值及给水流量设定值，再根据冷却剂流量测量值与冷却剂流量设定值之间的冷却剂流量偏差确定冷却剂泵或风机变频器频率的设定值，同时根据给水流量设定值与给水流量测量值之间的水流量偏差，确定给水泵变频器频率的设定值，同时再确定过程中综合考虑前馈信号，并以此控制冷却剂泵或风机的转速及蒸汽发生器出口蒸汽温度，以提高核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制的稳定性和灵活性。

附图说明

图1为现有核电站直流蒸汽发生器出口温度控制原理图；

图2为本发明的工艺系统图；

图3为本发明的控制原理图；

图4为本发明的控制流程图；

图5为本发明的控制算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图2，工艺系统包括反应堆、控制棒、冷却剂泵或风机、蒸汽发生器、给水泵和主蒸汽供应系统；相关的控制回路包括反应堆功率控制器、冷却剂流量控制器、给水流量控制器及蒸汽发生器出口温度控制器。

参考图3，蒸汽发生器出口温度控制采用并联式串级控制回路，控制回路外环为蒸汽发生器出口温度控制，根据蒸汽发生器出口温度设定值和测量值，经过蒸汽发生器出口温度控制器计算冷却剂流量设定值及给水流量设定值；控制回路内环包括冷却剂流量控制及给水流量控制，冷却剂流量和给水流量采用并联控制方式，同时参与蒸汽发生器出口温度控制，并互为备用。

具体的，本发明所述的核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制方法包括以下步骤：

1)获取蒸汽发生器出口温度设定值，同时获取当前蒸汽发生器出口温度测量值、冷却剂流量测量值及给水流量测量值；

2)计算蒸汽发生器出口温度设定值与测量得到的蒸汽发生器出口温度测量值之间的温度偏差，然后根据所述温度偏差利用蒸汽发生器出口温度控制器确定蒸汽发生器出口的冷却剂流量设定值及给水流量设定值；

3)计算冷却剂流量测量值与冷却剂流量设定值之间的冷却剂流量偏差，然后将冷却剂流量偏差输入到冷却剂流量控制器中，再将冷却剂流量控制器输出的冷却剂泵或风机的频率信号叠加冷却剂泵或风机的流量-转速前馈信号，得冷却剂泵或风机变频器频率的设定值；

4)根据给水流量设定值与给水流量测量值，计算给水流量偏差，再将给水流量偏差输入到给水流量控制器中，再将给水流量控制器输出的给水泵的频率信号叠加给水泵流量-转速前馈信号，得给水泵变频器频率的设定值；

5)根据冷却剂泵或风机变频器频率的设定值调节冷却剂泵或风机的转速；根据给水泵变频器频率的设定值调节给水泵转速，以控制蒸汽发生器出口蒸汽温度。

通过冷却剂泵或风机流量-转速表检测冷却剂泵或风机的流量-转速前馈信号；通过给水泵流量-转速表检测给水泵流量-转速前馈信号。

以上控制算法由图5给出，选取比例积分算法，控制目标是使得蒸汽发生器出口温度偏差为零或者小于偏差阈值。

实施例一

本实施例以高温气冷堆核电机组为例，高温气冷堆核电机组蒸汽发生器为立式、直流螺旋管组件式结构，一回路冷却剂为氦气，冷却剂驱动机构为主氦风机，蒸汽发生器出口温度控制工艺系统包括反应堆、控制棒、主氦风机、蒸汽发生器、给水泵和主蒸汽供应系统；工艺系统控制回路包括反应堆功率控制器，氦气流量控制器、给水流量控制器和主蒸汽温度控制器。

蒸汽发生器出口温度控制采用并联式串级控制回路，控制回路外环为蒸汽发生器出口温度控制，根据蒸汽发生器出口温度设定值和测量值，经过蒸汽发生器出口温度控制器计算得到氦气流量和给水流量设定值；控制回路内环包括氦气流量控制和给水流量控制，氦气流量和给水流量采用并联控制方式，同时通过调节主氦风机和给水泵的转速来控制蒸汽发生器出口温度，两并联控制回路互为备用。

当高温气冷堆正常运行期间，氦气流量控制器和给水流量控制器同时参与蒸汽发生器出口蒸汽温度控制，通过图2、图3、图4和图5所示的控制流程，达到的运行准则为：蒸汽发生器出口蒸汽温度超调量小于5℃，稳态偏差小于2.5℃，氦气流量调节时间小于500s，给水流量调节时间小于200s，核功率调节时间小于500s。

当高温气冷堆氦气流量控制器发生异常时，切除氦气流量控制器，给水流量控制器快速响应，控制蒸汽发生器出口蒸汽温度满足异常运行工况需求。

当高温气冷堆给水流量控制器发生异常时，切除给水流量控制器，氦气流量控制器快速响应，控制蒸汽发生器出口蒸汽温度满足异常运行工况需求。

实施例二

本实施例以钠冷快堆机组为例，钠冷快堆蒸汽发生器为立式、直流式结构，一、二回路冷却剂为钠，冷却剂驱动机构为钠循环泵，蒸汽发生器出口温度控制工艺系统包括反应堆、控制棒、一次钠循环泵、二次钠循环泵、蒸汽发生器、给水泵和主蒸汽供应系统；工艺系统控制回路包括反应堆功率控制系统，钠流量控制器、给水流量控制器和主蒸汽温度控制器。

蒸汽发生器出口温度控制采用并联式串级控制回路。控制回路外环为蒸汽发生器出口温度控制，根据蒸汽发生器出口温度设定值和测量值，经过蒸汽发生器出口温度控制器计算得到一、二次侧钠流量和给水流量设定值；控制回路内环包括钠流量控制和给水流量控制，钠流量和给水流量采用并联控制方式，同时通过调节钠循环泵和给水泵的转速来控制蒸汽发生器出口温度，两并联控制回路互为备用。

当钠冷快堆正常运行期间，钠流量控制器和给水流量控制器同时参与蒸汽发生器出口蒸汽温度控制，通过图2、图3、图4和图5所示的控制流程，达到的运行准则为：蒸汽发生器出口蒸汽温度超调量小于5℃，稳态偏差小于2.5℃。钠流量调节时间小于500s，给水流量调节时间小于200s，核功率调节时间小于500s。

当钠冷快堆一、二次侧钠流量控制器发生异常时，切除钠流量控制器，给水流量控制器快速响应，控制蒸汽发生器出口蒸汽温度满足异常运行工况需求。

当钠冷快堆给水流量控制器发生异常时，切除给水流量控制器，钠流量控制控制器快速响应，控制蒸汽发生器出口蒸汽温度满足异常运行工况需求。

本发明相较于原串级控制回路，对于非高斯分布的控制变量扰动，更具有控制稳定性和精确性，更适用于核电站直流式蒸汽发生器出口温度控制，尤其在机组变工况运行时，控制回路能够及时跟踪参数变化；

另外，本发明采用并联式串级控制回路，相较于原单一串级控制回路，实现冷却剂流量控制系统和给水流量控制系统互为备用，当任一控制回路发生异常故障时，另一控制回路能够及时投入，能够极大地减小原单一串级控制回路失效后易引起反应堆安全事故的概率，同时提高了反应堆变工况运行方式下控制回路调节的稳定性和灵活性，为核电机组后续参与电网调峰调频提供了控制思路。