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反应堆的运行控制方法、装置、计算机设备和存储介质

文献发布时间：2023-06-19 13:29:16

技术领域

本申请涉及核电厂控制技术领域，特别是涉及一种反应堆的运行控制方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

近年来，核电机组在稳态运行过程中，由于状态参数的稳态波动，造成了控制棒的频繁动作、反应堆热功率显著波动等问题。一些机组的控制棒动作次数每天高达数百次，这大大增加了控制棒驱动机构的磨损，缩短了控制棒驱动机构的使用寿命；反应堆热功率产生瞬时波动时，必须依靠专业技术人员对机组的功率进行调整，如果热功率的波动频率较高，就会干扰操作人员对机组正常运行的控制。

上述两个问题均不利于核电厂长期安全稳定运行，在现有技术中，针对控制棒频繁动作问题，主要采用控制棒控制系统的参数改造方法，即修改控制通道中的一阶滤波时间常数与超前滞后时间常数。对于热功率波动幅度大的问题，现有技术主要采用对计算热功率的参数进行滚动平均的方法，即根据测量参数最近若干次采样值的滚动平均值计算热功率。

但是，现有技术中采用两种不同的方法分别解决控制棒频繁动作以及热功率波动幅度大的问题，导致控制系统的算法和处理过程比较复杂。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决现有技术中控制系统的算法和处理过程比较复杂的反应堆的运行控制方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种反应堆的运行控制方法，所述方法包括：

获取核电厂运行时的原始热管段温度；

对所述原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度；所述高频小幅扰动部分的信号频率大于预设频率阈值，且所述高频小幅扰动部分的信号幅度小于预设幅度阈值；

根据所述目标热管段温度控制所述核电厂的反应堆中的控制棒，以及根据所述目标热管段温度确定所述核电厂运行时的反应堆热功率。

在其中一个实施例中，所述对所述原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度，包括：

对所述原始热管段温度进行一阶滤波，得到一阶热管段温度；

对所述原始热管段温度进行高频波动提取，得到热管段温度波动量；

根据所述一阶热管段温度和所述热管段温度波动量确定所述目标热管段温度。

在其中一个实施例中，所述根据所述一阶热管段温度和所述热管段温度波动量确定所述目标热管段温度，包括：

采用预设的温度阈值对所述热管段温度波动量进行处理，得到非线性热管段温度波动量；

根据所述一阶热管段温度和所述非线性热管段温度波动量确定所述目标热管段温度。

在其中一个实施例中，所述采用预设的温度阈值对所述热管段温度波动量进行处理，得到非线性热管段温度波动量，包括：

若所述热管段温度波动量不大于第一温度阈值且不小于所述第一温度阈值的相反数，则非线性热管段温度波动量为0；所述第一温度阈值大于0；

若所述热管段温度波动量大于所述第一温度阈值且小于第二温度阈值，或，所述热管段温度波动量大于所述第二温度阈值的相反数且小于所述第一温度阈值的相反数，则根据所述第一温度阈值、第二温度阈值和所述热管段温度波动量计算所述非线性热管段温度波动量；所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值；

若所述热管段温度波动量不小于所述第二温度阈值或者不大于所述第二温度阈值的相反数，则所述非线性热管段温度波动量等于所述热管段温度波动量。

在其中一个实施例中，所述根据所述一阶热管段温度和所述非线性热管段温度波动量确定所述目标热管段温度，包括：

将所述一阶热管段温度和所述非线性热管段温度波动量之和确定为所述目标热管段温度。

在其中一个实施例中，若所述非线性热管段温度波动量等于所述热管段温度波动量，则所述一阶热管段温度和所述非线性热管段温度波动量之和等于所述原始热管段温度。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取所述核电厂运行时的冷管段温度、汽轮机负荷和核功率；

所述根据所述目标热管段温度控制所述核电厂的反应堆中的控制棒，包括：

根据所述目标热管段温度、所述冷管段温度、所述汽轮机负荷和所述核功率控制所述核电厂的反应堆中的控制棒。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取所述核电厂运行时的冷管段温度、环路流量和主泵转速；

所述根据所述目标热管段温度确定所述核电厂运行时的反应堆热功率，包括：

根据所述目标热管段温度、所述冷管段温度、所述环路流量和所述主泵转速计算所述反应堆热功率。

一种反应堆的运行控制装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取核电厂运行时的原始热管段温度；

处理模块，用于对所述原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度；所述高频小幅扰动部分的信号频率大于预设频率阈值，且所述高频小幅扰动部分的信号幅度小于预设幅度阈值；

控制模块，用于根据所述目标热管段温度控制所述核电厂的反应堆中的控制棒，以及根据所述目标热管段温度确定所述核电厂运行时的反应堆热功率。

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，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取核电厂运行时的原始热管段温度；

根据所述目标热管段温度控制所述核电厂的反应堆中的控制棒，以及根据所述目标热管段温度确定所述核电厂运行时的反应堆热功率。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取核电厂运行时的原始热管段温度；

根据所述目标热管段温度控制所述核电厂的反应堆中的控制棒，以及根据所述目标热管段温度确定所述核电厂运行时的反应堆热功率。

上述反应堆的运行控制方法、装置、计算机设备和存储介质，通过相应的传感器来获取核电厂运行时的原始热管段温度，传感器将获取到的原始热管段温度数据传送给计算机设备，利用计算机设备对原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度，根据目标热管段温度控制核电厂的反应堆中的控制棒，同时根据目标热管段温度确定核电厂运行时的反应堆热功率。由于高频小幅扰动部分的信号频率大于预设频率阈值，且高频小幅扰动部分的信号幅度小于预设幅度阈值，相当于将热管段温度中的高频小幅扰动部分滤除，也即高频小幅扰动不会对控制棒产生较多的影响，避免控制棒的频繁扰动。并且，利用该目标热管段温度计算得到的反应堆热功率也不会受到目标热管段温度中的高频小幅扰动部分而产生的较大的波动，从而也不会干扰核电厂运行过程中的反应堆热功率。而且，通过对热管段温度的滤波处理，可以同时解决控制棒频繁波动和热功率瞬时波动两个问题，算法和控制过程均比较简单。

附图说明

图1为一个实施例中反应堆的运行控制方法的应用环境图；

图2为一个实施例中反应堆的运行控制方法的流程示意图；

图3为一个实施例中反应堆的运行控制方法的技术路线图；

图4为另一个实施例中反应堆的运行控制方法的流程示意图；

图5为又一个实施例中反应堆的运行控制方法的流程示意图；

图6为一个实施例中热管段温度处理的流程示意图；

图7为又一个实施例中反应堆的运行控制方法的流程示意图；

图8为又一个实施例中反应堆的运行控制方法的流程示意图；

图9为一个实施例中反应堆的运行控制装置的结构框图；

图10另一个实施例中反应堆的运行控制装置的结构框图；

图11又一个实施例中反应堆的运行控制装置的结构框图；

图12又一个实施例中反应堆的运行控制装置的结构框图；

图13为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的反应堆的运行控制方法，可以应用于核电厂环境中，如图1所示，该应用环境中可以包括反应堆1、传感器2、执行器3和计算机设备4，传感器用于获取反应堆的热管段温度、冷管段温度等，并将采集到的温度传输至计算机设备，计算机设备可以对热管段温度进行滤波，再根据滤波后的热管段温度控制反应堆中控制棒的移动，并根据滤波后的热管段温度计算热功率。

在一个实施例中，提供了一种反应堆的运行控制方法，图2为一个实施例中反应堆的运行控制方法的流程示意图，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，具体步骤如下：

S201，获取核电厂运行时的原始热管段温度。

其中，在核电站设备中，反应堆一回路冷却剂管道是核电站主管道的一部分，反应堆的一端连接冷管段，另一端连接热管段，其中热管段是一个非常重要的部件，其内部通过的是来自核反应堆的高温高速冷却剂，因此热管段的温度是核电厂运行过程中的一个非常重要的参数。

本实施例中，计算机设备可以实时获取核电厂运行过程中的原始热管段温度，也可以周期性的获取当前时刻的原始热管段温度。例如，可以在热管段上设置温度传感器，通过温度传感器获取热管段的温度，当反应堆包括多个热管段时，可以在每个热管段上设置温度传感器，将每个传感器采集到的热管段温度求平均值，得到原始热管段温度。或者，在核电厂运行的前提下，当计算机设备具体获取原始热管段温度时，可以利用相应的温度传感器对热管段温度多次测量，取测量数据的平均值作为原始热管段温度。

S202，对原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度；高频小幅扰动部分的信号频率大于预设频率阈值，且高频小幅扰动部分的信号幅度小于预设幅度阈值。

具体的，根据历史经验可知，在核电站运行过程中，热管段温度会不定时的出现频繁的小幅扰动，这种扰动被称为高频小幅扰动。本实施例中的预设频率阈值与预设幅度阈值都属于经验值，预设频率阈值可以通过核电厂运行时的原始热管段温度进行统计得到，同样预设幅度阈值也可以通过核电厂运行过程中的原始热管段温度进行统计得到。

计算机设备对原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理的过程中，可选的，通过相应的算法建立神经网络模型，将原始热管段温度作为输入信号，通过神经网络模型将原始热管段温度中的高频小幅扰动部分滤除，得到目标热管段温度。可选的，也可以通过滤波器来进行滤波处理，同样将原始热管段温度作为滤波器输入信号，通过滤波器来滤除输入信号中的高频小幅扰动信号，得到目标热管段温度。本实施例对于通过何种滤波方式对原始热管段温度处理的具体方式不做限定，计算机设备可以获得目标热管段温度即可。

S203，根据目标热管段温度控制核电厂的反应堆中的控制棒，以及根据目标热管段温度确定核电厂运行时的反应堆热功率。

其中，控制系统中控制棒的作用主要是控制反应速率，在核电厂的控制过程中，冷却剂平均温度控制系统通过测量一回路冷却剂平均温度，与冷却剂平均温度整定值比较后，若两者的差值大于预设阈值，经过调节器产生调节信号，控制棒驱动机构驱动控制棒在反应堆堆芯中的位置，实现对反应堆冷却剂温度的自动调节，从而使反应堆的功率能够实时跟踪发电负荷需求。若两者的差值不大于预设阈值，则系统运行状态稳定，无需调节。该预设阈值可以是核电厂运行时的一回路平均温度进行统计得到。反应堆热功率是表征机组运行状态的核心参数，在核电厂运行技术规范中，对机组热功率的控制有明确的要求，例如禁止热功率超过102％FP。热功率的瞬时波动可能导致操纵员不得不根据热功率波动的情况对机组的功率水平进行调整，干扰了操纵员对机组的正常运行控制。

在本实施例中，在对原始热管段温度进行高频小幅扰动滤波后，得到目标热管段温度，根据目标热管段温度控制核电厂的反应堆中的控制棒，例如，可以设定一个温度阈值，当目标热管段温度小于该温度阈值时，控制棒保持当前位置不变，当目标热管段温度大于或等于该温度阈值时，驱动控制棒在反应堆堆芯中的位置改变，实现对反应堆冷却剂温度的自动调节。并且，还需要根据该目标热管段温度计算反应堆的热功率，可以通过热功率来查看是否出现瞬时波动。

示例性的，如图3所示，温度功率控制器相当于计算机设备，可以通过温度传感器测量原始热管段温度，对原始热管段温度进行滤波处理之后得到目标热管段温度。根据目标热管段温度和冷管段温度得到冷却剂平均温度，功率控制器可以根据冷却剂平均温度控制反应堆中的温度控制棒组的位置，达到调节反应堆冷却剂温度的目的，同时还可以根据目标热管段温度及其他参数计算反应堆热功率。

本实施例提供的反应堆的运行控制方法，计算机设备获取核电厂运行时的原始热管段温度，对原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度，根据目标热管段温度控制核电厂的反应堆中的控制棒，同时根据目标热管段温度确定核电厂运行时的反应堆热功率。由于高频小幅扰动部分的信号频率大于预设频率阈值，且高频小幅扰动部分的信号幅度小于预设幅度阈值，对原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，相当于将热管段温度中的高频小幅扰动部分滤除，也即高频小幅扰动不会对控制棒产生较多的影响，避免控制棒的频繁扰动。并且，利用该目标热管段温度计算得到的反应堆热功率也不会受到目标热管段温度中的高频小幅扰动部分而产生的较大的波动，从而也不会干扰核电厂运行过程中的反应堆热功率。而且，通过对热管段温度的滤波处理，可以同时解决控制棒频繁波动和热功率瞬时波动两个问题，算法和控制过程均比较简单。

在上述图2所示实施例的基础上，下面以图4为例，详细说明获取目标热管段温度的具体实现过程，如图4所示，包括以下步骤：

S301，对原始热管温度进行一阶滤波，得到一阶热管段温度。

具体的，将传感器测量获得的原始热管段温度设为T

式中，τ

S302，对原始热管温度进行高频波动提取，得到热管段温度波动量。

具体的，同样将传感器测量获得的原始热管段温度T

式中，τ

S303，根据一阶热管段温度和热管段温度波动量确定目标热管段温度。

在本实例中，可以对热管段温度波动量进行处理或筛选，得到处理后的热管段温度波动量，再根据一阶热管段温度和处理后的热管段温度波动量确定目标热管段温度。例如，可以设置温度阈值范围，对于不同的温度阈值范围内的热管段温度波动量做不同的处理，例如，当热管段温度波动量很小时，可以直接将热管段温度波动量处理为零，当热管段温度波动量很大时，则不对热管段温度波动量做处理，或者，当热管段温度波动量处于一个预设范围内时，可以提取热管段温度波动量中的部分中幅波动。

本实施例提供的反应堆的运行控制方法，对原始热管温度进行一阶滤波，得到一阶热管段温度，同时对原始热管温度进行高频波动提取，得到热管段温度波动量，根据一阶热管段温度和热管段温度波动量确定目标热管段温度，本实施例识别出导致控制棒频繁动作和反应堆热功率稳态波动的热管段温度，通过对热管段温度的滤波处理，得到一阶热管段温度和热管段温度波动量，根据一阶热管段温度和热管段温度波动量确定目标热管段温度，相当于将热管段温度进行高频和低频处理，得到的目标热管段温度更加精确，既能消除高频稳态波动又能及时反映出大幅的瞬态波动，保障核电厂的安全稳定运行。

在图4所示实施例中，可以根据一阶热管段温度和热管段温度波动量确定目标热管段温度，在该过程中，还可以进一步的对热管段温度波动量进行处理，得到非线性热管段温度波动量，如图5所示，其中包括以下步骤：

S401，采用预设的温度阈值对热管段温度波动量进行处理，得到非线性热管段温度波动量。

具体的，上述通过微分滞后环节得到的热管段温度波动量ΔT，将该热管段温度波动量ΔT作为函数发生器的输入信号，该函数发生器用于保证信号滤波只对高频小幅扰动生效，保留具有其他特性的信号，经过函数发生器的输出信号为非线性热管段温度波动量ΔT

若热管段温度波动量不大于第一温度阈值且不小于第一温度阈值的相反数，其中第一温度阈值大于0，则非线性热管段温度波动量为0；若热管段温度波动量大于第一温度阈值且小于第二温度阈值，或，热管段温度波动量大于第二温度阈值的相反数且小于第一温度阈值的相反数，则根据第一温度阈值、第二温度阈值和热管段温度波动量计算非线性热管段温度波动量，其中第二温度阈值大于第一温度阈值；若热管段温度波动量不小于第二温度阈值或者不大于第二温度阈值的相反数，则非线性热管段温度波动量等于热管段温度波动量。

上述比较过程用可以用如下公式实现：

函数发生器输出

式中，函数发生器输出的ΔT

S402，根据一阶热管段温度和非线性热管段温度波动量确定目标热管段温度。

具体的，将一阶热管段温度和非线性热管段温度波动量之和确定为目标热管段温度。由于非线性热管段温度波动量分为三种情况，对应的目标热管段温度也需要分为三种情况来说明，具体的情况可以表示为：

若热管段温度波动量不大于第一温度阈值且不小于第一温度阈值的相反数，则非线性热管段温度波动量为ΔT

若热管段温度波动量大于第一温度阈值且小于第二温度阈值，或，热管段温度波动量大于第二温度阈值的相反数且小于第一温度阈值的相反数，则根据第一温度阈值、第二温度阈值和热管段温度波动量计算非线性热管段温度波动量，其中第二温度阈值大于第一温度阈值，则非线性热管段温度波动量为

若热管段温度波动量不小于第二温度阈值或者不大于第二温度阈值的相反数，则非线性热管段温度波动量等于热管段温度波动量，则非线性热管段温度波动量为ΔT

可选地，若非线性热管段温度波动量等于热管段温度波动量，则一阶热管段温度和非线性热管段温度波动量之和等于原始热管段温度。

在本实施例中，若热管段温度波动量不小于第二温度阈值或者不大于第二温度阈值的相反数，则说明核电厂的反应堆在运行过程中，热管段温度出现了很大的跳变，这种情况下核电厂可能会发生其他故障状态，为了保证核电厂的正常运行和安全，则直接输出原始热管段温度，相当于不对原始热管段温度进行任何的滤波处理。

在本实施例中，如图6所示，将原始热管段温度T

本实施例提供的反应堆的运行控制方法，通过采用预设的温度阈值对热管段温度波动量进行滤波处理得到非线性热管段温度波动量，再根据一阶热管段温度和非线性热管段温度波动量之和确定目标热管段温度，使得目标热管段温度更加的精确，且更加能够反映出实时场景下的温度情况，更有效的解决控制棒频繁动作和反应堆热功率稳态波动问题，同时不会削弱核电机组在应对瞬态变化的动态性能，及时反应出核电厂反应堆热功率的变化，合理保障核电厂的安全稳定运行。

在一些场景中，控制控制棒时，还可以参考核电厂的其他运行参数综合控制控制棒，如图7所示，该方法可以分为以下步骤：

S501，获取核电厂运行时的冷管段温度、汽轮机负荷和核功率。

具体的，控制核电厂的控制棒时还可以参考冷却剂平均温度、汽轮机负荷、核功率等参数，其中，冷却剂平均温度可以根据热管段温度和冷管段温度的平均值得到，该汽轮机负荷可用于得到冷却剂温度整定值以及确定与反应堆功率的偏差。

图2中的步骤S203中的根据目标热管段温度控制核电厂的反应堆中的控制棒包括：

S502，根据目标热管段温度、冷管段温度、汽轮机负荷和核功率控制核电厂的反应堆中的控制棒。

具体的，控制棒的控制过程是基于上述的目标热管段温度、冷管段温度、汽轮机负荷和核功率完成的，其中，目标热管段温度对于控制棒的影响最大，其他参数的变化对控制棒的影响相对较小，因此结合冷管段温度、汽轮机负荷、核功率和目标热管段温度来对控制棒进行控制。

在本实施例中，可以综合考虑目标热管段温度、冷管段温度、汽轮机负荷和核功率等参数，来控制反应堆中的控制棒的位置，从而控制反应速率。其中目标热管段温度是影响控制棒频繁波动的主要因素，因此通过目标热管段温度来控制控制棒移动，从源头解决控制棒频繁波动的问题，能够使核电厂运行过程更加稳定。

在一些场景中，计算热功率时还可以参考核电厂的其他运行参数，如图8所示，此方法还可以包括以下步骤：

S601，获取核电厂运行时的冷管段温度、环路流量和主泵转速。

具体的，计算热功率时除了主要考虑热管段温度之外，还可以综合参考核电厂运行时的冷管段温度、环路流量和主泵转速等参数来计算热功率。

图2中的步骤S203中的根据目标热管段温度确定核电厂运行时的反应堆热功率，包括：

S602，根据目标热管段温度、冷管段温度、环路流量和主泵转速计算反应堆热功率。

具体的，反应堆热功率的计算是基于热管段温度、冷管段温度、环路流量以及主泵转速等。上述测量参数中，热管段温度波动对反应堆热功率的影响最大，因此在计算的过程中，对原始热管段温度进行滤波处理后得到目标热管段温度，通过该目标热管段温度、冷管段温度、环路流量和主泵转速可以确定核电厂运行时的反应堆热功率。

在本实施例中，可以综合考虑目标热管段温度、冷管段温度、环路流量和主泵转速等参数，目标热管段温度对反应对热功率的影响较大，由于目标热管段温度中已经滤除了高频小幅扰动信号的影响，根据该目标热管段温度计算得到的反应堆热功率也不会受到高频小幅扰动信号的影响，保障核电厂的安全稳定运行。

应该理解的是，虽然图2、图4-5和图7-8中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2、图4-5和图7-8的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图9所示，提供了一种反应堆的运行控制装置，包括：第一获取模块11、处理模块12和控制模块13，其中：

第一获取模块11，用于获取核电厂运行时的原始热管段温度；

处理模块12，用于对原始热管段温度中的高频小幅扰动部分进行滤波处理，得到目标热管段温度；高频小幅扰动部分的信号频率大于预设频率阈值，且高频小幅扰动部分的信号幅度小于预设幅度阈值；

控制模块13，用于根据目标热管段温度控制核电厂的反应堆中的控制棒，以及根据目标热管段温度确定核电厂运行时的反应堆热功率。