一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法和系统，调速系统的控制模式包括调速器控制模式和负荷限制器控制模式；方法包括：动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量；根据本积分步变量对所有先进压水堆核电机组调速系统进行动态仿真，包括计算调速系统的需求负荷、快速降负荷需求、负荷限制器设定值、调速器设定值以及调节阀有效阀位；判断是否到仿真结束时间，若是则动态仿真结束，否则继续采用动态仿真软件进行迭代计算。本发明专利技术对先进压水堆核电机组调速系统实现动态仿真，克服了以往仿真软件不能准确模拟先进压水堆核电机组控制系统动态行为的缺点，为研究先进压水堆核电机组与电网协调控制提供了有力的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种动态仿真技术，具体涉及一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法和系统。
技术介绍
目前，我国核电已进入快速发展时期。预计2030年我国核电装机容量将达1.2-1.5亿千瓦，核电发电量占比将提升至8％-10％。我国引进了第三代先进压水堆核电技术，作为今后我国核电的发展方向。先进压水堆核电机组的动力系统控制原理与国内主流的二代改进型压水堆机组差别很大。原有的二代改进型核电模型不能反映先进压水堆核电机组的动态特性，难以准确分析大扰动下核电机组与电网之间的相互影响。由于先进压水堆核电机组的运行特性和控制规律尚无成熟先例可供借鉴，今后在运行中将不可避免地会遇到很多问题。大规模电力系统动态仿真为研究电网和核电机组之间的协调配合提供了的重要技术手段。但目前电力系统动态仿真中的压水堆核电机组建模研究主要集中于一回路系统建模，未能对二回路系统特别是汽轮机调速系统建模给予足够的重视。二回路主要由汽轮机及其调速系统构成。其中，汽轮机是发电厂的原动机，电网的频率决定于有功功率，即决定于原动机的驱动功率，频率调节则取决于其调速系统。核电机组的机电暂态稳定特性是与机组的调速系统密切相关的，其工作状况直接影响着机组的安全运行和所发挥的效益。先进压水堆核电机组的汽轮机为半速汽轮机，具有低参数、大容量等特点。相应的，其调速系统也与常规火电机组有明显区别。由于缺乏准确先进压水堆核电机组调速系统仿真模型，目前电力系统稳定性仿真均以常规的火电机组调速模型代替，未能考虑核电机组本身的特殊性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法和系统，通过计算调速系统的需求负荷、快速降负荷需求、负荷限制设定值、调速器设定值以及调节阀有效阀位，对先进压水堆核电机组调速系统实现动态仿真，克服了以往仿真软件不能准确模拟先进压水堆核电机组控制系统动态行为的缺点，为研究先进压水堆核电机组与电网协调控制提供了有力的技术支撑。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，所述调速系统的控制模式包括调速器控制模式和负荷限制器控制模式；所述方法包括：动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量；根据本积分步变量对所有先进压水堆核电机组调速系统进行动态仿真，包括计算调速系统的需求负荷、快速降负荷需求、负荷限制器设定值、调速器设定值以及调节阀有效阀位；判断是否到仿真结束时间，若是则动态仿真结束，否则继续采用动态仿真软件进行迭代计算。所述动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量之前包括：对先进压水堆核电机组调速系统进行初始化，并设置仿真开始时间为0。所述计算调速系统的需求负荷，包括：调速系统的自动负荷调节模块的目标负荷经过限幅后与需求负荷相减得到差值S1，且调速系统的负荷变化率经过限幅后，得到本积分步长负荷变化量S2；本积分步长增加/减小指令S3取min(|S1|，S2)；判断调速系统的需求负荷是否高于目标负荷，若是则S3取负值作为累加量，调速系统的需求负荷将减小；否则S3作为累加量，调速系统的需求负荷将增大；判断调速系统的自动负荷调节模块是否投入，若是则输出调速系统的需求负荷；否则判断发电机是否跳机或解列，若是则自动负荷调节模块的需求负荷自动切换为0，否则自动负荷调节模块的需求负荷跟踪当前电功率。所述计算快速降负荷需求，包括：若满足主给水泵出现跳闸，且先进压水堆核电机组的核功率大于70％额定功率、汽轮机的功率百分比大于50％额定功率，或先进压水堆核电机组的棒控系统产生快速降功率信号时，判断先进压水堆核电机组是否进入快速降负荷状态，若是则先进压水堆核电机组的调速系统以200％额定功率/每分钟的快速降功率速率修改负荷限制器设定值和调速器设定值，计算快速降负荷需求；否则快速降功率需求为0。所述计算负荷限制器设定值，包括：根据调速系统的需求负荷和当前电功率得到本积分步长调节阀阀位变化量，负荷变化率与本积分步长相乘得到调节阀阀位变化量的上/下限幅值，所述调节阀阀位变化量经过限幅后再经过超前滞后模块产生自动负荷调节增加/减小指令；所述自动负荷调节增加/减小指令、负荷限制器设定值及快速降负荷需求累加，经过限幅后，得到负荷限制器设定值。所述根据调速系统的需求负荷和当前电功率得到本积分步长调节阀阀位变化量包括：按照下式计算本积分步长调节阀阀位变化量：其中，y为本积分步长调节阀阀位变化量，x为调速系统的需求负荷和当前电功率之差，Δt为积分步长。所述计算调速器设定值，包括：实时计算调速器阀位指令与负荷限制器阀位指令之差，当两者差值大于或小于预先设定的跟踪带宽时，产生调速器自动跟踪指令，改变调速器设定值，直到调速器阀位指令超过负荷限制器阀位指令的幅度为预先设定的跟踪带宽为止；上一积分步长的调速器设定值与调速器自动跟踪指令、快速降负荷需求相加，得到本积分步长的调速器设定值；判断发电机或者汽轮机是否跳机，若是则调速器设定值为0，否则所述调速器设定值经过限幅处理后，得到最终的调速器设定值。所述计算调节阀有效阀位，包括：根据汽轮机的参考转速和汽轮机的实际转速实时计算频率调节信号；判断发电机出口开关是否合闸，若是则直接读取调速器设定值，否则判断汽轮机是否跳机，若汽轮机跳机则调速器设定值修改为-100％调阀开度；否则调速器设定值为0；将频率调节信号与调速器设定值之和作为调速器阀位指令；对调速器阀位指令和负荷限制器设定值两者取小值操作得到调节阀阀位指令；判断汽轮机是否跳机或超速保护是否动作，若汽轮机跳机或超速保护动作，则调节阀有效阀位为0，否则调节阀有效阀位等于调节阀阀位指令。所述调速系统正常运行期间，所述调速系统处于负荷限制器控制模式，调速器设定值按照预先设定的跟踪带宽自动跟踪负荷限制器设定值；当负荷限制器阀位指令大于调速器阀位指令时，调速系统的控制模式由负荷限制器控制模式切换到调速器控制模式；当负荷限制器阀位指令小于调速器阀位指令时，调速系统的控制模式由调速器控制模式切换到负荷限制器控制模式。同时，本专利技术还提供一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真系统，所述调速系统的控制模式包括调速器控制模式和负荷限制器控制模式；所述系统包括：用于动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量的装置；用于根据本积分步变量对所有先进压水堆核电机组调速系统进行动态仿真的装置，其包括调速系统的需求负荷计算单元、快速降负荷需求计算单元、负荷限制器设定值计算单元、调速器设定值计算单元以及调节阀有效阀位计算单元；以及用于判断是否到仿真结束时间，若是则动态仿真结束，否则继续采用动态仿真软件进行迭代计算的装置。所述用于动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量的装置包括：用于对先进压水堆核电机组调速系统进行初始化，并设置仿真开始时间为0的装置。所述调速系统的需求负荷计算单元包括：用于调速系统的自动负荷调节模块的目标负荷经过限幅后与需求负荷相减得到差值S1，且调速系统的负荷变化率经过限幅后，得到本积分步长负荷变化量S2的装置；用于本积分步长增加/减小指令S3取min(|S1|，S2)的装置；用于判断调速系统的需求负荷是否高于目标负荷，若是则S3取负值作为累加量，调速系统的需求负荷将减小；否则S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述调速系统的控制模式包括调速器控制模式和负荷限制器控制模式；所述方法包括：动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量；根据本积分步变量对所有先进压水堆核电机组调速系统进行动态仿真，包括计算调速系统的需求负荷、快速降负荷需求、负荷限制器设定值、调速器设定值以及调节阀有效阀位；判断是否到仿真结束时间，若是则动态仿真结束，否则继续采用动态仿真软件进行迭代计算。

【技术特征摘要】
1.一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述调速系统的控制模式包括调速器控制模式和负荷限制器控制模式；所述方法包括：动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量；根据本积分步变量对所有先进压水堆核电机组调速系统进行动态仿真，包括计算调速系统的需求负荷、快速降负荷需求、负荷限制器设定值、调速器设定值以及调节阀有效阀位；判断是否到仿真结束时间，若是则动态仿真结束，否则继续采用动态仿真软件进行迭代计算。2.根据权利要求1所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述动态仿真软件进行迭代计算，得到本积分步变量之前包括：对先进压水堆核电机组调速系统进行初始化，并设置仿真开始时间为0。3.根据权利要求1所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述计算调速系统的需求负荷，包括：调速系统的自动负荷调节模块的目标负荷经过限幅后与需求负荷相减得到差值S1，且调速系统的负荷变化率经过限幅后，得到本积分步长负荷变化量S2；本积分步长增加/减小指令S3取min(|S1|，S2)；判断调速系统的需求负荷是否高于目标负荷，若是则S3取负值作为累加量，调速系统的需求负荷将减小；否则S3作为累加量，调速系统的需求负荷将增大；判断调速系统的自动负荷调节模块是否投入，若是则输出调速系统的需求负荷；否则判断发电机是否跳机或解列，若是则自动负荷调节模块的需求负荷自动切换为0，否则自动负荷调节模块的需求负荷跟踪当前电功率。4.根据权利要求3所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述计算快速降负荷需求，包括：若满足主给水泵出现跳闸，且先进压水堆核电机组的核功率大于70％额定功率、汽轮机的功率百分比大于50％额定功率，或先进压水堆核电机组的棒控系统产生快速降功率信号时，判断先进压水堆核电机组是否进入快速降负荷状态，若是则先进压水堆核电机组的调速系统以200％额定功率/每分钟的快速降功率速率修改负荷限制器设定值和调速器设定值，计算快速降负荷需求；否则快速降功率需求为0。5.根据权利要求4所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述计算负荷限制器设定值，包括：根据调速系统的需求负荷和当前电功率得到本积分步长调节阀阀位变化量；负荷变化率与本积分步长相乘得到调节阀阀位变化量的上/下限幅值，本积分步长调节阀阀位变化量位于调节阀阀位变化量的上/下限幅值之间；所述调节阀阀位变化量经过限幅后再经过超前滞后模块产生自动负荷调节增加/减小指令；所述自动负荷调节增加/减小指令、负荷限制器设定值及快速降负荷需求累加，经过限幅后，得到负荷限制器设定值。6.根据权利要求5所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述根据调速系统的需求负荷和当前电功率得到本积分步长调节阀阀位变化量包括：按照下式计算本积分步长调节阀阀位变化量：y=0-(-0.125)-0.05-(-10)[x-(-0.05)]*Δt-10<x≤-0.050-0.05<x≤0.05-0-0.1250.05-10[x-(0.05)]*Δt0.05<x≤10]]>其中，y为本积分步长调节阀阀位变化量，x为调速系统的需求负荷和当前电功率之差，Δt为积分步长。7.根据权利要求5所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述计算调速器设定值，包括：实时计算调速器阀位指令与负荷限制器阀位指令之差，当两者差值大于或小于预先设定的跟踪带宽时，产生调速器自动跟踪指令，改变调速器设定值，直到调速器阀位指令超过负荷限制器阀位指令的幅度为预先设定的跟踪带宽为止；上一积分步长的调速器设定值与调速器自动跟踪指令、快速降负荷需求相加，得到本积分步长调速器设定值；判断发电机或者汽轮机是否跳机，若是则调速器设定值为0，否则所述调速器设定值经过限幅处理后，得到最终的调速器设定值。8.根据权利要求7所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述计算调节阀有效阀位，包括：根据汽轮机的参考转速和汽轮机的实际转速实时计算频率调节信号；判断发电机出口开关是否合闸，若是则直接读取调速器设定值，否则判断汽轮机是否跳机，若汽轮机跳机则调速器设定值修改为-100％调阀开度；否则调速器设定值为0；将频率调节信号与调速器设定值之和作为调速器阀位指令；对调速器阀位指令和负荷限制器设定值两者取小值操作得到调节阀阀位指令；判断汽轮机是否跳机或超速保护是否动作，若汽轮机跳机或超速保护动作，则调节阀有效阀位为0，否则调节阀有效阀位等于调节阀阀位指令。9.根据权利要求1所述的先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真方法，其特征在于，所述调速系统正常运行期间，所述调速系统处于负荷限制器控制模式，调速器设定值按照预先设定的跟踪带宽自动跟踪负荷限制器设定值；当负荷限制器阀位指令大于调速器阀位指令时，调速系统的控制模式由负荷限制器控制模式切换到调速器控制模式；当负荷限制器阀位指令小于调速器阀位指令时，调速系统的控制模式由调速器控制模式切换到负荷限制器控制模式。10.一种先进压水堆核电机组调速系统的动态仿真系统，所述调速系统的控制模式包括调速器控制模式和负荷限制器控制模式；其特征在于：所述系统包括：用于动态仿真软件进行迭代...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国旸，宋新立，谢成龙，罗方绘，仲悟之，刘涛，叶小辉，苏志达，刘燕嘉，刘庆，刘文焯，王毅，董毅锋，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，中核武汉核电运行技术股份有限公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11