Brevet FR2656732A1 — publié le 19910705

Commande numérique à états multiples d'un réacteur nucléai- re utilisant une topologie numérique. La présente invention a trait, d'une manière gé- nérale, à une technique de commande pour un réacteur nuclé- aire et, plus particulièrement, à une technique de comman- de pour modifier la réactivité du réacteur nucléaire en modifiant incrémentalement un paramètre de commande d'une quantité fixe. Des systèmes de commande de réacteurs nucléaires sont connus depuis un certain nombre d'années et ont été perfectionnés de façon significative grâce à l'utilisation de calculateurs numériques Ces calculateurs reçoivent une information du réacteur nucléaire par l'intermédiaire de capteurs et de conditionneurs de signaux et en appli- quant une série de manipulations mathématiques, connues sous le nom d'algorithme de commande, délivrent des si- gnaux de commande qui sont appliqués à des systèmes de manoeuvre ou à des dispositifs de commande qui modifient la réactivité du réacteur nucléaire De nombreux algorithmes différents ont été développés dans le but d'une commande numérique et les signaux de sortie ainsi délivrés consis- tent typiquement en une combinaison de signaux numériques qui provoquent le déplacement du dispositif de manoeuvre ou de commande selon une combinaison d'accélération, de vitesse et/ou de position pour modifier la réactivité du réacteur Il a été constaté que les algorithmes résultant sont typiquement de nature très complexe, et exigent la mise en oeuvre importante de temps et de puissance de cal- culateur. En raison de ce qui précède, il est devenu sou- haitable de développer une technique de commande simple (algorithme) pouvant modifier incrémentalement un para- mètre, tel que la position d'un organe de manoeuvre, d'une unité fixe pour modifier incrémentalement la réactivité du réacteur nucléaire. La présente invention résout les problèmes asso- ciés à l'art antérieur et d'autres problèmes en prévoyant une technique de commande (algorithme) pour modifier in- crémentalement un paramètre de commande d'une unité fixe en vue de modifier la réactivité du réacteur nucléaire. La technique de commande utilise trois états: ( 1) réacti- vité accrue en résultat d'une unité de déplacement d'une commande mobile; ( 2) aucune variation de la commande mo- bile se traduisant par aucune variation de réactivité; ou ( 3) réactivité réduite en résultat d'une unité de dé- placement de la commande mobile L'algorithme présente un temps de cycle très court en comparaison de durées de vie de neutrons retardés dans le réacteur permettant une cor- rection d'erreurs presque instantanée De plus, la techni- que de commande utilise une "commande pas à pas" ou organe de manoeuvre qui peut incrémentalement modifier un paramè- tre, tel que la position des barres de contrôle, d'une quantité fixe, soit plus ou moins une unité En modifiant la position relative des barres de contrôle à l'intérieur du réacteur nucléaire, la réactivité de la réaction peut être modifiée En effet, l'algorithme achève une évalua- tion de l'état du réacteur nucléaire au cours d'un cycle temporel et détermine si la commande pas à pas ou organe de manoeuvre doit ajouter, retrancher, ou n'effectuer aucune variation de réactivité De plus, l'algorithme utilise une topologie numérique permettant l'utilisation de fonctions à réponse non linéaires pour la détermination de la variation requise de réactivité. Les Figures 1 et 2 sont des schémas des fonctions de commande de la présente invention. La Figure 3 est un graphique de la puissance en fonction du temps lorsque la technique de commande de la présente invention est utilisée dans un environnement de temps fixe. La présente invention implique une technique de commande (algorithme) possédant des cycles temporels qui sont courts en comparaison desdurées de vie de neutrons retardés dans des réacteurs nucléaires Un cycle d'algo- rithme typique dans ce cas est de l'ordre de 10 millise- condes Bien que le cycle temporel précédent soit court, une évaluation de la réactivité du système de la période de réacteur instantanée peut être effectuée durant celui- ci De plus, l'organe de manoeuvre précité ou technique de commande (algorithme) peut être utilisé conjointement avec une "commande pas à pas" ou organe de manoeuvre qui peut modifier incrémentalement un paramètre d'une quantité fixe, soit plus ou moins une unité Le déplacement et/ou la position de l'appareil fixé à la commande pas à pas ou organe de manoeuvre peut être utilisé pour modifier la réactivité du réacteur nucléaire ou un autre paramètre affectant la réactivité Ainsi, la technique de commande précitée achève une évaluation de l'état du système au cours d'un cycle temporel et détermine si la commande pas à pas doit ajouter, retrancher, ou n'effectuer aucune variation de la réactivité du réacteur nucléaire En effet, l'action de commande totale est achevée au cours d'un cycle temporel De plus,une topologie numérique est prévue en tant que partie de la technique de commande précitée. Une telle topologie permet l'utilisation de fonctions à réponse non linéaire pour la détermination de la varia- tion requise de réactivité. Un avantage primordial de la présente invention est une réduction du nombre de calculs d'algorithme né- cessaires pour déterminer l'action de commande appropriée à prendre Les cycles temporels courts pour l'algorithme permettent une correction presque instantanée d'erreurs quelconques De plus, l'utilisation d'une commande pas à pas ou organe de manoeuvre élimine la nécessité de signaux de rétroaction de positionou-deavitesse à l'intérieur du système de commande Chaque "pas" utilise la capacité maximum de l'organe de manoeuvre ou de commande De plus, l'utilisation d'une topologie numérique basée sur des fonctions préalablement calculées permet l'utilisation de fonctions dont la réponse peut ne pas être linéaire. Dans ce cas, le système est conçu pour délivrer un signal de sortie depuis un emplacement de mémoire contenant une valeur préalablement calculée La sélection de l'empla- cement de mémoire est basée sur la valeur d'un paramètre d'entrée qui a été convertie en une adresse numérique par des techniques de conversion analogique-numérique classi- ques Ces techniques peuvent être mises en òuvre sans l'utilisation d'un système de calculateurs à programme mémorisé Ainsi, l'algorithme résultant peut être mis en òuvre à des vitesses sensiblement plus élevées et sans l'utilisation d'une programmation logicielle Le résultat est un système de commande de faible dimension, léger et consommant très peu d'énergie. La technique de commande précitée est basée sur le principe que lorsqu'une action de commande est nécessai- re, des variations de réactivité doivent être apportées à la vitesse maximale pouvant être assurée par le mécanisme de commande Typiquement, le mécanisme de commande est "programmé" à sa vitesse maximum jusqu'à ce que la puissan- ce du réacteur croisse durant la période désirée Le méca- nisme de commande maintient ensuite cette période jusqu'à ce que le signal de sortie de la topologie numérique (pé- riode désirée) varie L'entrée à la topologie numérique peut être la puissance du réacteur, la température du ré- frigérant, la température du combustible ou une combinai- son quelconque de paramètres mesurés. La technique de commande de la présente invention produit un démarrage régulier qui minimise le temps de dé- marrage du réacteur, en deçà des limites de la courbe va- lide de l'élément de commande et de la vitesse maximum des organes de manoeuvre de commande La technique de com- mande minimise également à la fois les exigences sur le couple moteur des moteurs pas à pas et le nombre de cal- culs nécessaires dans le calculateur de commande Ces mo- difications procurent un démarrage régulier sans dépasse- ment ni du niveau de pleine puissance ni de la vitesse de limitation du démarrage du réacteur, cf Figure 3. La technique de commande de la présente inven- tion a été utilisée avec un modèle de simulation d'un réac- teur nucléaire La simulation utilisée a été la courbe va- lide de réactivité établie par les éléments de commande en tant que fonction de position, et les résultats de la simulation sont représentés sur la Figure 3 Dans ce cas, le mécanisme d'entraînement de commande utilisait un temps de cycle de 10 millisecondes qui est le temps de cycle pour le calculateur de commande Jusqu'à ce que le réac- teur atteigne la période de demande, le mécanisme d'entrai- nement de commande a été déplacé d'un incrément pour cha- que cycle. Certaines modifications et améliorations appa- raîtront à l'homme de l'art à la lecture'de la description qui précède il faut comprendre que toutes ces modifica- tions et améliorations ont été supprimées ici dans un but de concision et de lisibilité, mais sont en réalité en deçà de la portée des revendications suivantes. R E V E N D I C A T I O N S 1 Système de commande d'un réacteur nucléaire dans lequel le niveau d'énergie est modifié par des réglages de la réactivité du réacteur, comportant: des moyens en vue de déterminer la réactivité du réacteur nucléaire; des moyens en vue de régler ladite réactivité; et lesdits moyens de détermination possédant une durée de cycle inférieure aux durées de vie de neutrons re- tardés dans le réacteur nucléaire. 2 Système de commande selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de réglage comportent un appa- reil en vue de modifier ladite réactivité d'une quantité unitaire fixe. 3 Système de commande selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens à fonction de réponse en vue de déterminer la variation nécessaire de réactivité du réacteur nucléaire. 4 Système de commande selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens à fonction de réponse délivrent une réponse non linéaire. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de détermination comprennent des moyens, linéaires ou non linéaires en vue de détermi- ner la réactivité nécessaire du réacteur pour atteindre un niveau de puissance voulu et le comparer à une réacti- vité existante pour déterminer le signal de commande. Système de commande selon la revendication 5, comprenant en outre des moyens en vue de détecter la pé- riode du réacteur nucléaire, lesdits moyens de détermina- tion comparant ladite période du réacteur à ladite période du réacteur requise et délivrant une réponse représenta- tive d'une différence entre elles, lesdits moyens de ré- glage étant sensibles à ladite différence amenant ladite période du réacteur à s'approcher de ladite période de réacteur requise. 7 Système de commande selon la revendication 5, comprenant en outre des moyens en vue de limiter ladite période du réacteur, lesdits moyens de détermination em- pêchant ladite période de réacteur requise de déplacer la période produite par lesdits moyens de limitation de pé- riode du réacteur.