带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制方法及系统

技术领域

本发明属于核能科学与工程领域，涉及一种带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制方法及系统。

背景技术

高温气冷堆采用了直流螺旋管式蒸汽发生器，蒸汽发生器一回路工作介质为氦气，二回路工作介质为汽水混合物。根据高温气冷堆运行和控制特点，二回路给水流量必须与核功率设定值保持在一定的比例，即控制氦水流量比这一重要的控制指标。由于高温气冷堆在运行过程中，直流式蒸汽发生器二回路水容量和热容量均很小，缓冲能力非常有限，给水流量的变化将以较大幅度直接影响蒸汽发生器出口的蒸汽温度和压力。因此，高温气冷堆给水流量控制过程中需满足的要求为：(1)稳态控制精度要高，在设定值跟随时静态误差尽可能小；(2)出现扰动的情况下，能够有效抑制幅值的波动，并在较短的时间内回复到稳态；(3)调节作用不能太频繁，调节过程中振荡和反复尽可能少。

高温气冷堆给水流量与氦气流量、蒸汽发生器出口温度、热氦温度和反应堆功率等各控制变量之间存在较复杂的耦合性。目前采用的串级控制系统具有能够减小控制变量最大偏差和积分误差的优势，但在机组变工况运行时的动态调节性能尚待提高，控制方案尚不满足反应堆跟踪电网负荷进行调峰调频的功能要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制方法及系统，该方法及系统能够满足反应堆跟踪电网负荷进行调峰调频的功能要求。

为达到上述目的，本发明所述的带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制方法包括以下步骤：

1)获取主蒸汽焓值测量值，将主蒸汽焓值设定值与主蒸汽焓值测量值进行偏差计算得到第一主蒸汽焓值偏差值，同时根据汽轮机负荷设定值计算主蒸汽焓值计算值，再将主蒸汽焓值计算值与主蒸汽焓值测量值进行偏差计算得到第二主蒸汽焓值偏差值，将第一主蒸汽焓值偏差值与第二主蒸汽焓值偏差值进行加权计算，得用于主蒸汽参数PID调节的主蒸汽压力和温度修正值；

2)获取汽轮机负荷测量值，将汽轮机负荷设定值与汽轮机负荷测量值进行偏差计算得到汽轮机负荷偏差值，再将汽轮机负荷偏差值进行PID运算，得用于汽轮机负荷PID调节的负荷修正值；

3)获取给水流量测量值，根据汽轮机负荷测量值计算得到给水流量计算值，再将给水流量计算值与给水流量测量值进行偏差计算得到第一给水流量偏差值，然后将第一给水流量偏差值经增量计算及惯性环节调节后，与经历史运行数据库拟合后的给水流量设定值进行偏差计算得到第二给水流量偏差值，随后根据第二给水流量偏差值计算得到用于给水流量PID调节的给水流量修正值；

4)将用于主蒸汽参数PID调节的主蒸汽压力和温度修正值、用于汽轮机负荷PID调节的负荷修正值及用于给水流量PID调节的给水流量修正值输入到T模块中进行三冲量控制，再根据T模块的输出控制汽轮机。

一种带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制系统包括：

第一计算模块，用于获取主蒸汽焓值测量值，将主蒸汽焓值设定值与主蒸汽焓值测量值进行偏差计算得到第一主蒸汽焓值偏差值，同时根据汽轮机负荷设定值计算主蒸汽焓值计算值，再将主蒸汽焓值计算值与主蒸汽焓值测量值进行偏差计算得到第二主蒸汽焓值偏差值，将第一主蒸汽焓值偏差值与第二主蒸汽焓值偏差值进行加权计算，得用于主蒸汽参数PID调节的主蒸汽压力和温度修正值；

第二计算模块，用于获取汽轮机负荷测量值，将汽轮机负荷设定值与汽轮机负荷测量值进行偏差计算得到汽轮机负荷偏差值，再将汽轮机负荷偏差值进行PID运算，得用于汽轮机负荷PID调节的负荷修正值；

第三计算模块，用于获取给水流量测量值，根据汽轮机负荷测量值计算得到给水流量计算值，再将给水流量计算值与给水流量测量值进行偏差计算得到第一给水流量偏差值，然后将第一给水流量偏差值经增量计算及惯性环节调节后，与经历史运行数据库拟合后的给水流量设定值进行偏差计算得到第二给水流量偏差值，随后根据第二给水流量偏差值计算得到用于给水流量PID调节的给水流量修正值；

控制模块，用于将用于主蒸汽参数PID调节的主蒸汽压力和温度修正值、用于汽轮机负荷PID调节的负荷修正值及用于给水流量PID调节的给水流量修正值输入到T模块中进行三冲量控制，再根据T模块的输出控制汽轮机。

第一计算模块包括主蒸汽温度设定模块、主蒸汽压力设定模块、主蒸汽温度测量模块、主蒸汽压力测量模块、第一焓值计算器、第二焓值计算器、第一偏差模块、第一PID模块、第一函数求解器、第二偏差模块及求和计算器；

主蒸汽温度设定模块的输出端及主蒸汽压力设定模块的输出端与第一焓值计算器的输入端相连接，主蒸汽温度测量模块的输出端及主蒸汽压力测量模块的输出端与第二焓值计算器的输入端相连接，第一焓值计算器的输出端与第一偏差模块的第一输入端相连接，第二焓值计算器的输出端与第一偏差模块的第二输入端及第二偏差模块的第一输入端相连接，第二偏差模块的第二输入端与第一函数求解器的输出端相连接，第一偏差模块的输出端及第二偏差模块的输出端与求和计算器的输入端相连接，求和计算器的输出端与第一PID模块的输入端相连接，第一PID模块的输出端与T模块的第一输入端相连接；

第二计算模块与第一函数求解器的输入端相连接。

第二计算模块包括汽轮机负荷设定模块、汽轮机负荷测量模块、第三偏差模块及第二PID模块；

负荷设定模块的输出端与第一函数求解器的输入端及第三偏差模块第一输入端相连接，负荷测量模块的输出端与第三偏差模块的第二输入端及第三计算模块的输入端相连接，第三偏差模块的输出端与第二PID模块的输入端相连接，第二PID模块的输出端与T模块的第二输入端相连接，T模块的输出端与汽轮机手动/自动主控模块的输入端相连接。

第三计算模块包括给水流量测量模块、第二函数求解器、第四偏差模块、第一增量计算器、第一惯性环节模块、第二增量计算器、第二惯性环节模块、第三PID模块、第五偏差模块、历史运行数据库模块及给水流量设定模块；

第二函数求解器的输出端与第四偏差模块的第一输入端相连接，给水流量测量模块的输出端与第四偏差模块的第二输入端相连接，第四偏差模块的输出端与第一增量计算器的第一输入端相连接，第一增量计算器的输出端与第一惯性环节模块的输入端相连接，第一惯性环节模块的输出端与第二增量计算器的第一输入端相连接，第二增量计算器的输出端与第二惯性环节模块的输入端相连接，第二惯性环节模块的输出端与第五偏差模块的第一输入端及第三PID模块的输入端相连接，第三PID模块的输出端与T模块的第三输入端相连接；

历史运行数据库模块的输出端与给水流量设定模块的输入端相连接，给水流量设定模块的输出端与第五偏差模块的第二输入端相连接，第五偏差模块的输出端与第一增量计算器的第二输入端及第二增量计算器的第二输入端相连接。

控制模块包括汽轮机手动/自动主控模块，汽轮机手动/自动主控模块根据T模块的输出控制汽轮机。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制方法及系统在具体操作时，通过增加增量计算器及惯性环节模块作为给水流量的前馈，以便快速跟踪控制变量的变化趋势，修正控制变量的输出，有效克服汽轮机主控回路PID调节器的输出特性和反应堆调节惯性所引起的负荷过调或振荡的现象，对汽轮机稳定运行起到关键作用。另外，需要说明的是，本发明中的增量计算器建立在非线性受控系统基础上，对于非线性分布的控制变量扰动，更具有控制稳定性和精确性，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，提高了高温气冷堆控制系统的鲁棒性，惯性环节自带负反馈闭环特性，其幅值随着频率的增大而减小，因而具有低通滤波的功能，满足反应堆跟踪电网负荷进行调峰调频的功能要求。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为T模块17的控制逻辑图。

其中，1为第一焓值计算器、2为第二焓值计算器、3为第一偏差模块、4为第二偏差模块、5为第三偏差模块、6为第四偏差模块、7为第五偏差模块、8为求和计算器、9为第一PID模块、10为第二PID模块、11为第三PID模块、12为给水流量设定模块、13为第一增量计算器、14为第二增量计算器、15为第一惯性环节模块、16为第二惯性环节模块、17为T模块、18为第一函数求解器、19为第二函数求解器、20为第一计算模块、21为第二计算模块、22为第三计算模块。

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，本发明所述的带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制方法包括以下步骤：

1)获取主蒸汽焓值测量值，将主蒸汽焓值设定值与主蒸汽焓值测量值进行偏差计算得到第一主蒸汽焓值偏差值，同时根据汽轮机负荷设定值计算主蒸汽焓值计算值，再将主蒸汽焓值计算值与主蒸汽焓值测量值进行偏差计算得到第二主蒸汽焓值偏差值，将第一主蒸汽焓值偏差值与第二主蒸汽焓值偏差值进行加权计算，得用于主蒸汽参数PID调节的主蒸汽压力和温度修正值；

2)获取汽轮机负荷测量值，将汽轮机负荷设定值与汽轮机负荷测量值进行偏差计算得到汽轮机负荷偏差值，再将汽轮机负荷偏差值进行PID运算，得用于汽轮机负荷PID调节的负荷修正值；

3)获取给水流量测量值，根据汽轮机负荷测量值计算得到给水流量计算值，再将给水流量计算值与给水流量测量值进行偏差计算得到第一给水流量偏差值，然后将第一给水流量偏差值经增量计算及惯性环节调节后，与经历史运行数据库拟合后的给水流量设定值进行偏差计算得到第二给水流量偏差值，随后根据第二给水流量偏差值计算得到用于给水流量PID调节的给水流量修正值；

4)将用于主蒸汽参数PID调节的主蒸汽压力和温度修正值、用于汽轮机负荷PID调节的负荷修正值及用于给水流量PID调节的给水流量修正值输入到T模块17中进行三冲量控制，再根据T模块17的输出控制汽轮机。

参考图1，本发明所述的带有增量式调节功能的核电机组给水流量控制系统包括：

第一计算模块20包括主蒸汽温度设定模块、主蒸汽压力设定模块、主蒸汽温度测量模块、主蒸汽压力测量模块、第一焓值计算器1、第二焓值计算器2、第一偏差模块3、第一PID模块9、第一函数求解器18、第二偏差模块4及求和计算器8；

主蒸汽温度设定模块的输出端及主蒸汽压力设定模块的输出端与第一焓值计算器1的输入端相连接，主蒸汽温度测量模块的输出端及主蒸汽压力测量模块的输出端与第二焓值计算器2的输入端相连接，第一焓值计算器1的输出端与第一偏差模块3的第一输入端相连接，第二焓值计算器2的输出端与第一偏差模块3的第二输入端及第二偏差模块4的第一输入端相连接，第二偏差模块4的第二输入端与第一函数求解器18的输出端相连接，第一偏差模块3的输出端及第二偏差模块4的输出端与求和计算器8的输入端相连接，求和计算器8的输出端与第一PID模块9的输入端相连接，第一PID模块9的输出端与T模块17的第一输入端相连接。

第二计算模块21包括汽轮机负荷设定模块、汽轮机负荷测量模块、第三偏差模块5、第二PID模块10、T模块17和汽轮机手动/自动主控模块。

负荷设定模块的输出端与第一函数求解器18的输入端及第三偏差模块5第一输入端相连接，负荷测量模块的输出端与第三偏差模块5的第二输入端及第二函数求解器19的输入端相连接，第三偏差模块5的输出端与第二PID模块10的输入端相连接，第二PID模块10的输出端与T模块17的第二输入端相连接，T模块17的输出端与汽轮机手动/自动主控模块的输入端相连接。

第三计算模块22包括给水流量测量模块、第二函数求解器19、第四偏差模块6、第一增量计算器13、第一惯性环节模块15、第二增量计算器14、第二惯性环节模块16、第三PID模块11、第五偏差模块7、历史运行数据库模块及给水流量设定模块12；

第二函数求解器19的输出端与第四偏差模块6的第一输入端相连接，给水流量测量模块的输出端与第四偏差模块6的第二输入端相连接，第四偏差模块6的输出端与第一增量计算器13的第一输入端相连接，第一增量计算器13的输出端与第一惯性环节模块15的输入端相连接，第一惯性环节模块15的输出端与第二增量计算器14的第一输入端相连接，第二增量计算器14的输出端与第二惯性环节模块16的输入端相连接，第二惯性环节模块16的输出端与第五偏差模块7的第一输入端及第三PID模块11的输入端相连接，第三PID模块11的输出端与T模块17的第三输入端相连接；

历史运行数据库模块的输出端与给水流量设定模块12的输入端相连接，给水流量设定模块12的输出端与第五偏差模块7的第二输入端相连接，第五偏差模块7的输出端与第一增量计算器13的第二输入端及第二增量计算器14第二输入端相连接。

第一计算模块20、第二计算模块21及第三计算模块22包含的计算公式说明如下：

第一偏差模块3的计算公式为：ΔP

第一函数求解器18的计算公式为：

第二偏差模块4的计算公式为：

求和计算器8的计算公式为：x＝∑[aΔP

第一PID模块9计算公式为：

第三偏差模块5的计算公式为：ΔP

第二PID模块10计算公式为：

第二函数求解器19的计算公式为：

第四偏差模块6的计算公式为：

第一增量计算器13及第二增量计算器14的计算公式为：

第一惯性环节及第二惯性环节的运动方程为：

第五偏差模块7的计算公式为：ΔP

第三PID模块11计算公式为：

最后需要说明的是，本发明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，同时基于长期运行中主蒸汽焓值与给水流量实际对应关系的拟合曲线，得出不同运行工况下主蒸汽焓值与给水流量的函数关系，并对所述给水流量设定值进行前馈整定，提高了控制系统的快速响应性。