[发明专利]多模块式核电站带基本负荷运行的模块间协调控制方案

说明书

本发明公开了多模块式核电站带基本负荷运行的模块间协调控制方案，属于核能科学与工程领域。对于含有n个核蒸汽供应系统模块组成的多模块式核电站，为使电站带基本负荷运行，其模块间协调控制方案包含n条模块给水流量反馈控制回路，1条主蒸汽压力反馈控制回路和1条主给水流量反馈控制回路。解决了多个核蒸汽供应系统模块因共用给水母管和蒸汽母管而产生的协调控制问题。

技术领域

本发明属于核能科学与工程领域，具体来说，是一种多模块式核电站带基本负荷运行的模块间协调控制方案。

背景技术

1954年苏联建成世界上第一座原型堆核电站奥布宁斯克核电厂。而后，核电站的发展可概括为两条主线。一是发展大型的单模块式核能机组。核电站中核蒸汽供应系统(Nuclear Steam Supply System，NSSS)模块数量保持为单模块，通过提高单堆输出功率来增大电站机组容量，主要有美国的AP1000，欧洲的EPR，我国的CAP1400/1700以及华龙1号。二是发展多模块式核能机组。为保证安全性，反应堆的输出热功率受到限制，单堆输出热功率在300MW_th以下，即小型模块式反应堆(Small Modular Reactor，SMR)。多个具有固有安全性的SMR通过“多堆带一机”技术构建多模块式核能机组，多个NSSS模块并汽驱动同一套汽轮发电机组，主要有美国的mPower、Nuscale，我国的HTR-PM以及HTR-PM600。相比大型的单模块式核能机组，多模块式核能机组实现经性的同时，兼顾了安全性。

多模块式核电站的协调控制(简称“多模块协调控制”)技术是实现“多堆带一机”的关键技术。多模块协调控制包括NSSS模块内部协调控制和NSSS模块间协调控制。

NSSS模块内部协调控制是目前的研究热点，为实现不同工程控制要求的功能，国内外很多学者进行研究并发展了相应的控制策略。NSSS模块内部协调控制包括反应堆控制、蒸汽发生器控制、反应堆与蒸汽发生器协调控制。功率控制是反应堆控制的关键控制。为实现功率控制的局部稳定，发展了经典控制如PID控制、线性最优控制；为了增强功率控制系统的抗干扰能力，实现有约束的性能优化，发展了鲁棒控制、模型预测控制；为了实现功率控制的大范围负荷跟踪，发展了非线性控制、智能控制。对于蒸汽发生器控制，其工程控制要求与蒸汽发生器的特性有关。对于U型管蒸汽发生器(UTSG)，其二次侧存在较大的水容，需要进行水位控制，为缓解虚假水位现象，增强控制的稳定性，优化控制性能，发展了线性最优控制、模型预测控制、鲁棒控制以及智能控制。对于直流式蒸汽发生器，其二次侧水容较小，但出口蒸汽温度对一、二次侧扰动的敏感性较强，为稳定其出口蒸汽温度，发展了经典控制、非线性控制、智能控制。对于反应堆与蒸汽发生器协调控制，由于现役运行的核电站多为压水堆核电站，反应堆与UTSG间的耦合较弱，国际上研究较少。国内清华大学针对模块式高温气冷堆(MHTGR)电站，提出了无模型自适应协调控制。

对于NSSS模块间协调控制，目前研究比较少。专利《一种多模块式高温气冷堆核电站的给水方案、动态模型与调控方法》给出了一种多模块式高温气冷堆核电站带基本负荷运行的模块间协调控制方法，但其电站采用独立给水方案，每个NSSS模块配备独立给水泵进行给水。对于本专利涉及的采用给水母管制的多模块式核电站，多个NSSS模块共用一套给水泵，每个模块分配有给水调节阀进行流量分配，上述协调控制方法并不适用，因而需要发展新的模块间协调控制方法。

发明内容

本发明的目的是旨在提供多模块式核电站带基本负荷运行的模块间协调控制方案，解决了多个NSSS模块因共用给水母管和蒸汽母管而产生的协调控制问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了多模块式核电站带基本负荷运行的模块间协调控制方案；

对于含有n个核蒸汽供应系统(NSSS)模块组成的多模块式核电站，为使电站带基本负荷运行，其模块间协调控制方案包含n条模块给水流量反馈控制回路，1条主蒸汽压力反馈控制回路和1条主给水流量反馈控制回路。