[发明专利]一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法

说明书

技术领域

本发明属于核电机组建模仿真技术领域，具体涉及一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法。

背景技术

高温气冷堆是国际核能界公认的具有第四代核能系统特征的优选堆型。其具有固有安全性好和系统简单，全范围的负反应性温度系数；且氦冷却剂是惰性气体，化学稳定性好，不会发生相变的特点。但石墨堆芯的热容量大，因而在功率瞬态过程中热惯性很大，温度的响应较慢。分析建立并掌握用于电力系统分析的高温气冷堆一回路系统模型对未来高温气冷堆接入电力系统，保证机组与电网安全稳定运行具有重要意义。

已有用于堆芯仿真分析的有基于软件的模型和线性集总参数模型。现有建立的直流蒸汽发生器模型，基于热工特性且较为复杂。但对于电力系统稳定计算而言太过复杂，且这些子系统的模型难以与PSASP和PSS/E等常用电力系统软件接口，不适用于电力系统仿真计算。当前针对高温气冷堆核电机组，无法获得实测数据，因而所搭建的模型与仿真软件的结果对比；另一方面，机理模型与实际模型之间参数的失配，可能导致模拟结果不能与实际吻合。高温气冷堆工作原理及模型参数与压水堆核电机组具有明显差异，因而需结合高温气冷堆设计及试验特性，开展参数及模型的适应性分析与验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法，该方法结构精细，模型参数意义明确、易获取，建模过程清晰，实用性强。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法，包括如下步骤，

步骤S1、基于高温气冷堆工作原理及运行特性，将其分解为多个子模块，包括堆芯中子动态模块、堆芯燃料温度模块、反射层温度模块、堆芯下腔室传热模块、堆芯上升通道传热模块、堆芯下降通道传热模块、堆芯出口联箱模块、氦风机模块、反应堆控制系统模块、旁路调节系统模块；

步骤S2、基于能量守恒定律，建立高温气冷堆各子模块微分方程数学模型；

步骤S3、基于步骤S2中建立的各子模块微分方程数学模型，在电力系统分析软件中，建立高温气冷堆的各子模块数学模型及整体系统自定义模型，确定自定义模型的输入量、输出量及模型参数，采用图形化编辑方式实现各子模块微分方程及限幅、限速功能，在基础数据库的发电机及其调节器窗口设置自定义模型参数，从而将高温气冷堆自定义模型通过调速器模型导入发电机模型，进而接入电力系统模型中，实现高温气冷堆核电机组和电力系统联合仿真计算的功能。

在本发明一实施例中，所述步骤S2中，高温气冷堆各子模块微分方程数学模型如下：

所述堆芯中子动态模块，反应堆入口氦气压力恒定，氦气密度近似为常数，采用集总参数的等效单组缓发中子点堆动力学模型方程为

ρ＝ρ_ext+ρ_fuel+ρ_feedback＝ρ_ext+(α_f+α_m)ΔT_F+α_rΔT_r

ρ_ext＝G_rz_r

式中：N_r为中子通量密度，与反应堆热功率近似存在线性关系；ρ为堆芯的反应性，ρ_ext为外部输入反应性、ρ_fuel为堆芯燃料反应性、ρ_feedback为温度反馈反应性；β为缓发中子组的总份额；β_i为第i组缓发中子有效份额；l为平均中子寿命；λ为等效缓发中子组的延时常数；λ_i为第i组缓发中子衰减时间常数；C为等效单组缓发中子先驱核密度；α_f为燃料温度反应性系数，α_m为慢化剂温度反应性系数；α_r是反射层温度反馈系数且为正值；T_F为燃料元件平均温度；T_r为反射层温度；G_r是控制棒微分价值；z_r是控制棒棒速；

所述堆芯燃料温度模块，考虑了燃料发热份额F_f，其数学方程为