一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，在通用的压水堆核电机组仿真模型下，加入调速器和汽轮机，再根据实际情况引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，在此基础上对多个功率水平下运行的核电机组进行甩负荷仿真试验，作为实际中核电机组甩负荷试验的参考；通过仿真试验，验证了本发明专利技术所搭建的压水堆核电机组仿真模型的准确性和实用性，同时验证了旁路蒸汽控制系统和汽门快速系统能够对有效降低甩负荷对机组的冲击，显著提高核电机组的甩负荷性能，有利于核电机组安全稳定运行，并提出了机组甩负荷保护措施与策略。

【技术实现步骤摘要】
一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法
本专利技术属于甩负荷试验方法
，尤其涉及一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法。
技术介绍
由于核电机组往往带基荷运行，具有单机容量大、参数低、易超速的特点。一旦发生甩负荷孤岛运行这种极端工况，机组安全稳定将面临较大的威胁。甩负荷特性是衡量发电机组安全稳定运行能力的一项重要指标，较为常见的有机组从100％额定功率甩负荷至厂用电或至空载。而在现实状况下，核电机组并不都是以100％额定功率满发运行，除此之外还存在不同功率水平下运行的工况。例如广西的防城港核电1号机在投运前经历了30％功率水平跳机不跳堆、50％甩空载、50％甩负荷至厂用电等试验；中广核宁德核电2号机组也完成了30％、50％和75％功率水平试验；还有部分核电机组由于各种原因被迫降功率运行或是长期低功率运行。因此，研究核电机组在不同功率水平下的甩负荷过程及其保护措施具有重要的现实意义。目前已有部分涉及机组甩负荷及其保护的研究。廖诗武、曾凯文等提出的火电快速甩负荷机组动态仿真建模，王立地、姚金环提出的FCB功能的成功应用与一种新的实现方案，以及冯伟忠提出的1000MW级火电机组旁路蒸汽控制系统作用及配置都是针对快速甩负荷机组提出了一系列的保护措施并进行仿真试验，但这些文献仅仅局限于火电机组；吴文超、王子奇等提出的AP1000汽轮发电机组甩负荷试验研究，周修铭、干福麟等提出的适用于分析大扰动下机网相互影响的压水堆核电站数学模型研究，王梦、丁剑等提出的考虑核电接入的大电网严重故障下孤网高频问题及协调控制措施，高慧敏、孙蓉等提出的田湾核电机组动态模型研究及其对江苏电网系统扰动的响应分析，以及王宝生、王冬青等提出的压水堆核电厂蒸汽排放控制系统实时仿真研究，这些文献研究了核电机组满发甩负荷至厂用电、甩负荷至空载两种工况，而没有对其他功率水平下运行的核电机组进行试验，也缺少对核电机组内部变量的监测；朱军.提出的某核电厂甩负荷孤岛运行试验及问题分析，以及胡彦令提出的M310核电机组调试前准备过程探究，这两篇文献提出了核电机组多个功率水平甩负荷试验条件和方法，但未进行具体试验研究。目前尚无核电机组在多功率水平甩负荷的模型及相关仿真数据，也缺少对核电机组甩负荷保护的针对性研究。基于此，本专利技术提出一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，针对1000MW等级大型压水堆核电机组，基于电力系统分析综合程序PSASP的用户自定义模型建立了核反应堆热力学模型，在此基础上加入调速器、汽轮机，并根据实际情况引入旁路蒸汽模型、快速关闭汽门两种典型的保护装置，对多个功率水平下运行的核电机组进行甩负荷仿真研究。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，包括以下几个步骤：步骤1：压水堆核电机组仿真模型的建立；将实际核电机组的动力学、热力学过程量化后，经过一系列的简化得到通用的压水堆核电机组仿真模型，具体的压水堆核电机组仿真模型包括堆芯燃料和冷却剂热量传递模型、热线温度模型、冷线温度模型、蒸汽发生器模型、中子动态模型、反应堆功率控制系统、一回路平均温度模型、调速器模型以及汽轮机模型；步骤2：保护装置的引入；在所述步骤1的压水堆核电机组仿真模型基础上，引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，避免旁通阀频繁开闭以及触发汽门快速关闭系统动作；步骤3：不同功率水平下甩负荷保护的仿真试验；在不同功率水平下，采用所述步骤2的压水堆核电机组仿真模型模拟甩负荷保护仿真试验；选取具有代表性的机组参数进行监测，通过压水堆核电机组仿真模型获得其波形，观察各具有代表性机组参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况。进一步的，所述步骤1中，调速器模型是由调节系统、电液伺服系统和原动机组成。进一步的，所述调节系统的传递函数表达式为：其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值。进一步的，所述电液伺服系统的传递函数表达式为：当汽门关闭时，表达式为：当汽门打开时，表达式为：其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PGV表示电液伺服系统的汽门开度输出值。进一步的，所述步骤1中，汽轮机模型的传递函数表达式为：其中，TCH表示蒸汽容积时间常数，TRH表示再热器时间常数，TCO表示交叉管时间常数，FHP表示高压缸占比，FIP表示中压缸占比，FLP表示低压缸占比，PS表示一回路输出的主蒸汽压力，λ表示高压缸功率自然过调系数，μ表示汽门开度，PM表示汽轮机输出的机械功率。进一步的，所述步骤2中，旁路蒸汽控制系统安装在汽轮机的进汽阀前，能够把一部分蒸汽通过旁路阀门直接导入冷凝器，在一定程度上缓和主蒸汽压力激增的同时降低进汽量，从而减小汽轮机输出的机械功率。进一步的，所述旁路蒸汽控制系统包括蒸汽发生器、冷凝器、再热器、发电机以及高压缸、中压缸和低压缸；所述蒸汽发生器的蒸汽排出口经主汽门和高压汽门后与所述高压缸连接，所述高压缸与再热器连接；所述再热器经过中压汽门与所述中压缸连接，所述中压缸经连接管道与低压缸连接；所述冷凝器还通过旁通阀与主蒸汽管连接；所述发电机与高压缸、中压缸以及低压缸连接。进一步的，所述步骤2中，触发汽门快速关闭系统动作的条件为：甩负荷信号、功率偏差越限或者转速越限，这三个触发信号中任何一项均能触发汽门快速关闭系统动作；汽门快速关闭系统通过对汽轮机内部高压汽门和中压汽门的快速关闭，减小机组输出的机械功率从而限制机组转速过快上升；在机组发生甩负荷、解列或是孤岛运行时，汽门快速关闭系统在功率偏差超过30％阈值的情况下触发动作；功率偏差恢复之后，由转速偏差信号承担对汽门快速关闭系统的控制直到机组转速回到103％额定转速以下，最终调速器重新承担起转速控制的功能。进一步的，所述步骤3中，具有代表性的机组参数包括冷却剂平均温度、主蒸汽压力、机组转速以及反应堆功率变化量。与现有技术相比，本专利技术所提供的不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，在通用的压水堆核电机组仿真模型下，加入调速器和汽轮机，再根据实际情况引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，在此基础上对多个功率水平下运行的核电机组进行甩负荷仿真试验，作为实际中核电机组甩负荷试验的参考；通过仿真试验，验证了本专利技术所搭建的压水堆核电机组仿真模型的准确性和实用性，同时验证了旁路蒸汽控制系统和汽门快速系统能够对有效降低甩负荷对机组的冲击，显著提高核电机组的甩负荷性能，有利于核电机组安全稳定运行，并提出了机组甩负荷保护措施与策略。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：压水堆核电机组仿真模型的建立；将实际核电机组的动力学、热力学过程量化后，经过一系列的简化得到通用的压水堆核电机组仿真模型，具体的压水堆核电机组仿真模型包括堆芯燃料和冷却剂热量传递模型、热线温度模型、冷线温度模型、蒸汽发生器模型、中子动态模型、反应堆功率控制系统、一回路平均温度模型、调速器模型以及汽轮机模型；步骤2：保护装置的引入；在所述步骤1的压水堆核电机组仿真模型基础上，引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置；步骤3：不同功率水平下甩负荷保护的仿真试验；在不同功率水平下，采用所述步骤2的压水堆核电机组仿真模型模拟甩负荷保护仿真试验；选取具有代表性的机组参数进行监测，通过压水堆核电机组仿真模型获得其波形，观察各具有代表性机组参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况。

【技术特征摘要】
1.一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：压水堆核电机组仿真模型的建立；将实际核电机组的动力学、热力学过程量化后，经过一系列的简化得到通用的压水堆核电机组仿真模型，具体的压水堆核电机组仿真模型包括堆芯燃料和冷却剂热量传递模型、热线温度模型、冷线温度模型、蒸汽发生器模型、中子动态模型、反应堆功率控制系统、一回路平均温度模型、调速器模型以及汽轮机模型；步骤2：保护装置的引入；在所述步骤1的压水堆核电机组仿真模型基础上，引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置；步骤3：不同功率水平下甩负荷保护的仿真试验；在不同功率水平下，采用所述步骤2的压水堆核电机组仿真模型模拟甩负荷保护仿真试验；选取具有代表性的机组参数进行监测，通过压水堆核电机组仿真模型获得其波形，观察各具有代表性机组参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况。2.如权利要求1所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述步骤1中，调速器模型是由调节系统、电液伺服系统和原动机组成。3.如权利要求2所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述调节系统的传递函数表达式为：其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值。4.如权利要求2所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述电液伺服系统的传递函数表达式为：当汽门关闭时，表达式为：当汽门打开时，表达式为：其中，TC表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：文立斌，李俊，孙艳，张翌晖，刘光时，雷亭，吴健旭，卢万里，廖卫国，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45