一種AP1000堆芯解耦控制系統及控制方法技術方案

一種AP1000堆芯解耦控制系統及控制方法，包括和堆芯傳遞函數模型相連的M棒控制系統、AO棒控制系統以及與M棒控制系統和AO棒控制系統連接的解耦控制系統，解耦控制系統也和堆芯模型相連；堆芯傳遞函數模型向M棒控制系統反饋冷卻劑平均溫度和核功率兩路信號，向AO棒控制系統反饋軸向功率分布信號，M棒控制系統向解耦控制系統輸入M棒組移動棒位，AO棒控制系統向解耦控制系統輸入AO棒組移動棒位，解耦控制系統將補償后的M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位輸入堆芯模型，實現了堆芯的解耦控制；本發明專利技術系統和方法在保證系統響應速度的同時，能夠有效的消除兩棒組之間的耦合影響。

【技術實現步驟摘要】
—種AP1000堆芯解耦控制系統及控制方法
本專利技術屬于AP1000堆芯控制技術改進領域，具體涉及一種AP1000堆芯解耦控制系統及控制方法。
技術介紹
在過去的幾十年，世界核電技術在不斷的發展，其安全性方面取得了巨大的進步，除此之外世界核電機組的運行及控制方式也在不斷發展改進。日本福島事故之后，中國規定新建核電機組必須達到三代核電的安全標準，其中AP1000是目前中國確立的主力堆型。可以看到，未來一段時間AP1000機組在中國將獲得很快的發展。AP1000采用非能動的安全系統，有效提高了機組的安全性。現有的AP1000核電機組的反應堆控制模式采用機械補償棒進行控制，負荷跟蹤時不需要調節硼濃度。而且AP1000采用了功率水平與功率分布獨立控制，采用M棒組控制功率，AO棒組控制功率分布，兩者都是閉環控制系統。這樣在負荷跟蹤運行時機組達到了完全的自動化運行，不需要操縱員手動操作，有效提高了機組的可靠性及安全性。采用不調硼負荷跟蹤的控制策略還大大提高了 AP1000機組的負荷跟蹤的能力，負荷跟蹤可以在95%壽期內進行，而且在負荷跟蹤運行過程中不會產生廢液，使得機組具有較高的經濟性。但是全部采用控制棒進行控制帶來了新的問題:為了減弱M棒組和AO棒組之間的耦合作用，采用M棒組動作時AO棒組不動，AO棒組動作時M棒組不動，且遵循M棒組優先動作的原則，對M棒組和AO棒組進行了互鎖設計，從而導致反應堆負荷跟蹤的靈活性受到限制，降低了負荷跟蹤時堆芯的響應速度。通過選擇合適的解耦控制方法對控制量進行補償，設計出AP1000堆芯解耦控制系統，并去除棒組之間的互鎖環節來加快系統響應速度。因此開展兩種棒組之間解耦控制的研究是很有必要的。
技術實現思路
為解決現有技術中存在的上述缺陷，本專利技術的目的在于提供一種AP1000堆芯解耦控制系統及控制方法，在保證系統響應速度的同時，能夠有效的消除兩棒組之間的耦合影響。為達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是:一種AP1000堆芯解耦控制系統，包括和堆芯傳遞函數模型相連接的M棒控制系統、AO棒控制系統以及與M棒控制系統和AO棒控制系統連接的解稱控制系統，所述解f禹控制系統也和堆芯傳遞函數模型相連接；所述堆芯傳遞函數模型向M棒控制系統反饋冷卻劑平均溫度和核功率兩路信號，向AO棒控制系統反饋軸向功率分布信號，M棒控制系統向解耦控制系統輸入M棒組移動棒位，AO棒控制系統向解耦控制系統輸入AO棒組移動棒位，解耦控制系統將補償后的M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位輸入堆芯傳遞函數模型。所述堆芯傳遞函數模型包括堆芯快模態雙節點模型和堆芯慢模態雙節點模型。所述解耦控制系統由解耦控制器模型和與其相連的兩個加法器組成。上述所述的AP1000堆芯解耦控制系統的控制方法，包括如下步驟:步驟1:建立堆芯模型，堆芯模型采用兩節點模型，堆芯上半區為節點2，堆芯下半區為節點1，并將模型線性化處理，得到堆芯傳遞函數模型；步驟2:對Μ棒組和Α0棒組的控制棒進行建模，對Μ棒組的控制棒進行建模，具體方法如下:將Μ棒控制系統的Μ棒組等效為一根控制棒，且該控制棒初始位置在堆芯中部，初始插入深度為214.76cm,即當該控制棒動作時，同時在堆芯上部及下部引入反應性；將該控制棒移動棒位與其引入的反應性近似成線性關系:P M=b.MP式中:pM-Μ棒組引入堆芯反應性/pcm ;b——Μ棒組移動棒位及其引入堆芯反應性之間的系數/pcm.cnT1 ；Mp-Μ棒組移動棒位/cm。對反應性重新分配，分別設計控制棒引入堆芯上部及下部的反應性，如下式所示:節點2范圍內Μ棒組價值:P M2=bn.MP節點1范圍內Μ棒組價值:P M1=b21.MP式中:p E—Μ棒組弓I入堆芯上部反應性/pcm ；bn—Μ棒組移動棒位及其引入堆芯上部反應性之間的系數/pcm.cnT1 ；MP-Μ棒組移動棒位/cm ；p M1—M棒組弓I入堆芯下部反應性/pcm ；b21——M棒組移動棒位與引入堆芯下部反應性之間的系數/pcm.cnT1 ；對A0棒組的控制棒進行建模，具體方法如下:A0棒組初始插入深度為48.49cm,將A0棒組移動棒位與其引入的反應性近似成線性關系，設計A0棒組價值如下式所示:P Ao=bi2 * A0P式中:ρ Α0-Α0棒組弓丨入堆芯反應性/pcm ；b12—A0棒組移動棒位與引入堆芯上部反應性之間的系數/pcm.cnT1，取b12=_6e_5 ；A0P-Α0棒組移動棒位/cm ；步驟3:將步驟1所建立的堆芯模型和步驟2所建立的控制棒模型結合，得到以Μ棒組移動棒位和Α0棒組移動棒位為輸入變量，核功率和軸向功率分布為輸出變量的堆芯傳遞函數模型，采用該堆芯傳遞函數模型在MATLAB/SMULINK中搭建仿真框圖，進行負荷跟蹤動態仿真；在負荷跟蹤過程中，當功率發生變化時，由堆芯傳遞函數模型向Μ棒控制系統反饋冷卻劑平均溫度信號和核功率信號，通過Μ棒控制系統驅動Μ棒組動作，使Μ棒控制系統輸出Μ棒組移動棒位，此時Μ棒組的動作對軸向功率的分布產生耦合影響，由堆芯傳遞函數模型向Α0棒控制系統反饋軸向功率分布信號，通過Α0棒控制系統驅動Α0棒組動作，使AO棒控制系統輸出AO棒組移動棒位，此時AO棒組的動作對核功率產生耦合影響，M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位輸入解耦控制系統，解耦控制系統通過對這兩個信號進行補償處理，從而實現兩個棒組之間的解耦，即消除了 M棒組動作時對軸向功率分布產生的耦合影響及AO棒組動作時對核功率產生的耦合影響，解耦控制系統將補償后的M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位輸入堆芯傳遞函數模型，實現了堆芯的解耦控制。步驟I所述的建立堆芯模型及模型線性化處理過程為:首先建立堆芯慢模態雙節點模型和快模態雙節點模型，并采用微小攝動理論對堆芯慢模態雙節點模型和快模態雙節點模型進行線性化處理，推導出堆芯慢模態傳遞函數模型和快模態傳遞函數模型，以引入節點2、節點I反應性和冷卻劑入口溫度變化量為輸入變量，以節點2、節點I功率相對值和冷卻劑出口溫度變化量為輸出變量，組成一個3X3的傳遞函數矩陣并進行計算；最后利用Pade降階法對傳遞函數結果進行了降階。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點:本專利技術的AP1000堆芯解耦控制系統，是當被控過程受到擾動時，及時的預先補償擾動對被控參數的影響，即對兩個控制量M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位進行補償，這樣的控制方案可以更有效地消除擾動對被控參數的影響。采用該解耦控制系統之后，當M棒組動作時，可以及時的對AO棒組進行補償，使系統迅速獲得調節，此時可以看到，功率變化的同時，AO值幾乎不變，并維持在初始值附近；當AO棒組動作時，可以及時的對M棒組進行補償，使系統迅速獲得調節，此時可以看到，AO值變化的同時，功率值幾乎不變，并維持在初始值附近。因此，本專利技術系統的解耦效果明顯，并去除了棒組間的互鎖環節，加快了系統的響應速度。【附圖說明】圖1為本專利技術AP1000堆芯解耦控制系統結構框圖。圖2為本專利技術所使用堆芯兩節點模型示意圖。圖3為本專利技術解耦方法-前饋補償解耦原理框圖。圖4為本專利技術在M棒組動作，AO棒組不動作時的仿真結果；其中圖4(a)為功率相對值，圖4(b)為軸向功率偏移。圖5為本專利技術在AO棒組動作，M棒組不動作時的仿真結果本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種AP1000堆芯解耦控制系統，其特征在于：包括和堆芯傳遞函數模型相連接的M棒控制系統、AO棒控制系統以及與M棒控制系統和AO棒控制系統連接的解耦控制系統，所述解耦控制系統也和堆芯傳遞函數模型相連接；所述堆芯傳遞函數模型向M棒控制系統反饋冷卻劑平均溫度和核功率兩路信號，向AO棒控制系統反饋軸向功率分布信號，M棒控制系統向解耦控制系統輸入M棒組移動棒位，AO棒控制系統向解耦控制系統輸入AO棒組移動棒位，解耦控制系統將補償后的M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位輸入堆芯傳遞函數模型。

【技術特征摘要】
1.一種APlOOO堆芯解耦控制系統，其特征在于:包括和堆芯傳遞函數模型相連接的M棒控制系統、AO棒控制系統以及與M棒控制系統和AO棒控制系統連接的解稱控制系統，所述解耦控制系統也和堆芯傳遞函數模型相連接；所述堆芯傳遞函數模型向M棒控制系統反饋冷卻劑平均溫度和核功率兩路信號，向AO棒控制系統反饋軸向功率分布信號，M棒控制系統向解f禹控制系統輸入M棒組移動棒位，AO棒控制系統向解f禹控制系統輸入AO棒組移動棒位，解耦控制系統將補償后的M棒組移動棒位和AO棒組移動棒位輸入堆芯傳遞函數模型。2.根據權利要求1所述的一種AP1000堆芯解耦控制系統，其特征在于:所述堆芯傳遞函數模型包括堆芯快模態雙節點模型和堆芯慢模態雙節點模型。3.根據權利要求1所述的一種AP1000堆芯解耦控制系統，其特征在于:所述解耦控制系統由解耦控制器模型和與其相連的兩個加法器組成。4.權利要求1所述的AP1000堆芯解耦控制系統的控制方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:建立堆芯模型，堆芯模型采用兩節點模型，堆芯上半區為節點2，堆芯下半區為節點I，并將模型線性化處理，得到堆芯傳遞函數模型； 步驟2 :對M棒組和AO棒組的控制棒進行建模， 對M棒組的控制棒進行建模，具體方法如下: 將M棒控制系統的M棒組等效為一根控制棒，且該控制棒初始位置在堆芯中部，初始插入深度為214.76cm,即當該控制棒動作時，同時在堆芯上部及下部引入反應性；將該控制棒移動棒位與其引入的反應性近似成線性關系: P M=b*MP 式中: P μ-M棒組引入堆芯反應性/pcm ； b—M棒組移動棒位及其引入堆芯反應性之間的系數/pcm.CnT1 ； Mp——M棒組移動棒位/cm。 對反應性重新分配，分別設計控制棒引入堆芯上部及下部的反應性，如下式所示: 節點2范圍內M棒組價值:P 節點I范圍內M棒組價值:P M1=b21*Mp 式中: P M2—M棒組引入堆芯上部反應性/pcm ； bn—M棒組移動棒位及其引入堆芯上部反應性之間的系數/pcm.CnT1 ； Mp——M棒組移動棒位/cm ； P M1—M棒組引入堆芯下部反應性/pcm ； b21—M棒組移動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙福宇，陳麗，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61