(57)【要約】【課題】原子炉のプロセス量のうち炉心の出力空間分布を用いて出力安定性および燃料健全性を反映するパラメータを作成し、そのパラメータに基づいて原子炉の出力不安定性や燃料健全性が確保されるよう原子炉の出力制御が可能な沸騰水型原子炉の出力制御システムおよび出力制御方法を提供することを目的とすること。【解決手段】本発明では、沸騰水型原子炉の出力制御システムにおいて、炉心２（図２参照）に設けられるＬＰＲＭ101群により取得された複数の局部出力から成る出力空間分布001が入力可能に設けられ、その出力空間分布001を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータを作成する縮約計算装置と、その縮約パラメータが設定範囲にあるか否かを逐次判定し、この縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる制御判定装置103と、を備えるようにした。【選択図】  図１
2010261870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉のプロセス量から出力安定性や燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを取得し、このプロセス・パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる沸騰水型原子炉の出力制御システムにおいて、
炉心に設けられる局部出力領域モニタ群により取得された複数の局部出力から成る出力空間分布が入力可能に設けられ、その出力空間分布を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータを作成する縮約計算装置と、
前記縮約パラメータが設定範囲にあるか否かを逐次判定し、この縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる制御判定装置と、
を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項２】
前記縮約計算装置は、炉心径方向の出力空間分布と炉心軸方向の出力空間分布を縮約することを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項３】
前記局部出力領域モニタ群により取得された複数の局部出力を用いて局部出力領域モニタ間領域の局部出力を予測し、予測した局部出力領域モニタ間領域の複数の局部出力から成る出力空間分布を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータを作成するプロセスコンピュータを備えることを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項４】
前記縮約計算装置は、縮約パラメータとして、アクシャル・オフセット、炉心軸方向の出力ピーキング係数、又は、炉心径方向の出力ピーキング係数を作成することを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項５】
前記制御判定装置は、縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、供給炉水温度、炉水供給流量、原子炉水位の各出力制御手段のうち、縮約パラメータの値に応じて最適な出力制御手段を１つ若しくは複数選択して作動させることを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項６】
前記縮約パラメータとその縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果が記録可能に設けられるデータベースを備え、
前記制御判定装置は、前記データベースを参照し、設定範囲から逸脱した縮約パラメータのうち、出力制御の予測効果が良好な出力制御手段を１つ若しくは複数選択して作動させることを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項７】
前記縮約パラメータとその縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果が記録可能に設けられるデータベースを備え、
前記データベースは、縮約パラメータが設定範囲から逸脱して出力制御手段が作動した都度、前記縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果が出力制御の実効果に近づくように修正する学習機能を有することを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉の出力制御システム。
【請求項８】
原子炉のプロセス量から出力安定性や燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを取得し、このプロセス・パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる沸騰水型原子炉の出力制御方法において、
前記原子炉のプロセス量として、炉心に設けられる局部出力領域モニタ群により取得された炉心の出力空間分布を用い、この出力空間分布を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータを作成する縮約計算ステップと、
前記縮約パラメータが設定範囲にあるか否かを逐次判定し、この縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる制御判定ステップと、
を有することを特徴とする沸騰水型原子炉の出力制御方法。
【請求項９】
前記縮約計算ステップでは、炉心径方向の出力空間分布と炉心軸方向の出力空間分布を縮約することを特徴とする請求項８に記載の沸騰水型原子炉の出力制御方法。
【請求項１０】
前記縮約計算ステップでは、縮約パラメータとして、アクシャル・オフセット、炉心軸方向の出力ピーキング係数、又は、炉心径方向の出力ピーキング係数を作成することを特徴とする請求項８に記載の沸騰水型原子炉の出力制御方法。
【請求項１１】
前記制御判定ステップでは、縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、供給炉水温度、炉水供給流量、原子炉水位の各出力制御手段のうち、縮約パラメータの値に応じて最適な出力制御手段を１つ若しくは複数選択して作動させることを特徴とする請求項８に記載の沸騰水型原子炉の出力制御方法。
【請求項１２】
前記縮約パラメータとその縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果とを記録する予測効果記録ステップを有し、
前記制御判定ステップでは、前記予測効果記録ステップの記録内容を参照し、設定範囲から逸脱した縮約パラメータのうち、出力制御の予測効果が良好な出力制御手段を１つ若しくは複数選択して作動させることを特徴とする請求項８に記載の沸騰水型原子炉の出力制御方法。
【請求項１３】
前記縮約パラメータとその縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果とを記録する予測効果記録ステップを有し、
前記予測効果記録ステップは、縮約パラメータが設定範囲から逸脱して出力制御手段が作動した都度、前記縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果が出力制御の実効果に近づくように修正して記録することを特徴とする請求項８に記載の沸騰水型原子炉の出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉の制御技術に係り、特に、原子炉のプロセス量が設定範囲にあるか否かを逐次判定し、このプロセス量が設定範囲から逸脱したときに原子炉の出力制御手段を作動させる沸騰水型原子炉の出力制御システムおよび出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、沸騰水型原子炉の出力安定性を確保することを目的とし、原子炉のプロセス量から出力不安定化を予測可能なプロセス・パラメータを取得し、このプロセス・パラメータの推移に応じて最適な出力制御を選択し実行するものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、原子炉の燃料健全性を確保することを目的とし、原子炉のプロセス量から燃料健全性の指標となるプロセス・パラメータを取得すると共にそのプロセス・パラメータに対して許容範囲を設定し、プロセス・パラメータが許容範囲を超えないように出力制御するものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、出力安定性および燃料健全性を確保するため、制御棒や原子炉水位を制御することにより、原子炉の出力制御を行うものが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８３５９７号公報
【特許文献２】特開２００２−４８８９１号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原子炉の出力安定性や燃料健全性を確保する場合、原子炉の温度や熱出力その他のプロセス量から出力安定性および燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを作成しておき、そのプロセス・パラメータの推移値を制御棒や原子炉水位等の制御タイミングの指標にする、という出力制御が確実且つ効果的であり従来から種々提案されている。
【０００７】
本発明は、原子炉の出力空間分布から原子炉の出力安定性および燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを作成し、そのプロセス・パラメータに基づいて原子炉の出力不安定性や燃料健全性が確保されるよう原子炉出力を制御できる沸騰水型原子炉の出力制御システムおよび出力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明に係る沸騰水型原子炉の出力制御システムでは、原子炉のプロセス量から出力安定性や燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを取得し、このプロセス・パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる沸騰水型原子炉の出力制御システムにおいて、炉心に設けられる局部出力領域モニタ群により取得された複数の局部出力から成る出力空間分布が入力可能に設けられ、その出力空間分布を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータを作成する縮約計算装置と、前記縮約パラメータが設定範囲にあるか否かを逐次判定し、この縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる制御判定装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る沸騰水型原子炉の出力制御方法では、原子炉のプロセス量から出力安定性や燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを取得し、このプロセス・パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる沸騰水型原子炉の出力制御方法において、前記原子炉のプロセス量として、炉心に設けられる局部出力領域モニタ群により取得された炉心の出力空間分布を用い、この出力空間分布を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータを作成する縮約計算ステップと、前記縮約パラメータが設定範囲にあるか否かを逐次判定し、この縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる制御判定ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、原子炉の出力空間分布から原子炉の出力安定性および燃料健全性を反映するプロセス・パラメータを作成し、そのプロセス・パラメータに基づいて原子炉の出力不安定性や燃料健全性が確保されるよう原子炉出力を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る沸騰水型原子炉の出力制御システムの実施形態を示すシステム構成図。
【図２】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるＬＰＲＭの配置図。
【図３】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるＬＰＲＭの配置図。
【図４】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるアクシャル・オフセット、上部ピーキング係数および下部ピーキング係数の算出説明図。
【図５】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるアクシャル・オフセット算出の説明図。
【図６】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるプロセスコンピュータにより算出された炉心軸方向の詳細な出力空間分布の例示図。
【図７】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるプロセスコンピュータ（プラント物理モデルおよびモデルチューニング機能なし）の機能ブロック図。
【図８】本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システムにおけるプロセスコンピュータ（プラント物理モデルおよびモデルチューニング機能）の機能ブロック図。
【図９】炉水供給流量と炉心出力のミスマッチ事象の例を示す図。
【図１０】図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象の発生前と発生後における炉心軸方向の出力分布の比較図。
【図１１】図１０に示すように出力空間分布が炉心下方で歪みつつある状態でのアクシャル・オフセットの変化を示す図。
【図１２】炉心の核熱水力安定性の定量的指標である減幅比との相関図。
【図１３】ピーキング係数とアクシャル・オフセットの関係を示す図。
【図１４】図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際に炉水供給温度を変化させた場合とさせない場合のアクシャル・オフセットの変化の比較図。
【図１５】図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際に炉水供給温度を変化させた場合とさせない場合の下部ピーキング係数の変化の比較図。
【図１６】図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際の炉水供給温度および原子炉水位の制御有無による炉心出力変化の比較図。
【図１７】原子炉水位制御の効果を示す図。
【図１８】図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際の制御棒制御および給水温度制御の有無によるアクシャル・オフセットの変化の比較図。
【図１９】図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際の制御棒駆動制御の有無による（Ｒ−ＲＬ）の変化の比較図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る沸騰水型原子炉の出力制御システムおよび出力制御方法の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る沸騰水型原子炉の出力制御システムの実施形態を示すシステム構成図である。
【００１４】
本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システム１（以下、出力制御システム１）は、原子炉のプロセス量が設定範囲から逸脱したときに、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させるように構成され、図１に示すように、ＬＰＲＭ（局部出力領域モニタ）101、縮約計算装置102、制御判定装置103、プロセスコンピュータ104およびデータベース105を備える。
【００１５】
[ＬＰＲＭ]
出力制御システム１のＬＰＲＭ101は、炉心２内の局部出力を監視する。図２および図３はＬＰＲＭ101の配置図であり、図２は炉心２の平面図、図３は４体１組の燃料集合体201とＬＰＲＭストリング202の組み合わせ例を示す図である。ＬＰＲＭ101は、たとえば、図２に示すように炉心２において１６体の燃料集合体201に１本の割合で装架されるＬＰＲＭストリング202に設置される。また、ＬＰＲＭ101は、たとえば、図３に示すように各ＬＰＲＭストリング202の軸方向に沿って等間隔に４個設けられる。
【００１６】
ＬＰＲＭ101群により取得される炉心２の局部出力は、炉心軸方向の出力空間分布を反映したものとなる。すなわち、各ＬＰＲＭ101は各ＬＰＲＭストリング202の軸方向に沿って４個設けられているので、この軸方向に沿った４箇所の局部出力の大小関係から炉心軸方向の出力空間分布が得られる。また、各ＬＰＲＭ101は１６体の燃料集合体201に１本の割合で配置されているので、各ＬＰＲＭ101の局部出力の大小関係から炉心径方向（平面方向）の出力空間分布が得られる。
【００１７】
[縮約計算装置]
出力制御システム１の縮約計算装置102は、ＬＰＲＭ101群により取得された出力空間分布が入力可能に設けられ、その出力空間分布を出力安定性および燃料（燃料集合体202およびこれに含まれる燃料要素）の健全性を反映するよう、より少数の出力空間分布に縮約して縮約パラメータを作成する。
【００１８】
ここで、燃料健全性に大きな影響を与える事象として、局部出力不安定や領域出力不安定性に伴って発生する振動による燃料被覆管表面の除熱能低下が挙げられる。そして、このような振動は炉心軸方向の出力空間分布が下方で大きくなるように歪んだ状態或いは炉心外周寄りに高出力の燃料集合体が偏って分布した状態で発生しやすいことがわかっている。そこで、縮約計算装置102は、燃料健全性と出力空間分布との関係を表現するようパラメータを縮約して縮約パラメータを作成する。以下、縮約パラメータとしてのアクシャル・オフセット、上部ピーキング係数、下部ピーキング係数の算出方法（定義）について説明する。
【００１９】
図４は本実施形態におけるアクシャル・オフセット、上部ピーキング係数および下部ピーキング係数の算出説明図である。
【００２０】
（アクシャル・オフセット）
先ず、図４に示すように、１つ１つのＬＰＲＭストリング202ならびにＬＰＲＭストリング202が位置する炉心径方向の局部出力（４つのＬＰＲＭ101により取得された局部出力の平均値）に、たとえば炉心径方向の位置に応じてＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4・・・・Ｐｊという番号を付ける。また、各ＬＰＲＭストリング202に設置される１つ１つのＬＰＲＭ101ならびにＬＰＲＭ101が位置する炉心軸方向の局部出力に、たとえばＬＰＲＭストリング202の下方から上方に向かって順次Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４という番号を付ける。そして、ｊ番目のＬＰＲＭストリング202が位置する炉心径方向の局部出力Ｐｊを、式（１）のように定義する。  
Ｐｊ＝（Ｐｊ１ ＋ Ｐｊ２ ＋ Ｐｊ３ ＋ Ｐｊ４ ）／４      （１）
【００２１】
また、式（１）を炉心全体のＬＰＲＭストリング202の局部出力の総和で規格化し、式（２）を定義する。式（２）において、ＮはＬＰＲＭストリング202の本数である。この式（２）は、炉心径方向の出力空間分布を表すものである。  
Ｐｊ ＝ Ｐｊ・Ｎ／Ｓｕｍ（Ｐｊ）      （２）
【００２２】
さらに、ＬＰＲＭストリング202の軸方向について、各ＬＰＲＭ101の局部出力の総和で規格化し、式（３）を定義する。式（３）において、「４」はＬＰＲＭストリング202の１体あたりに設置されるＬＰＲＭ101の個数である。この式（３）は、炉心軸方向の出力空間分布を表すものである。  
Ｐｊｋ ＝ Ｐｊｋ・４／（Ｐｊ１ ＋ Ｐｊ２ ＋ Ｐｊ３ ＋ Ｐｊ４ ）      （３）
【００２３】
2010261870.tif 000003
ある（図５参照）。
【００２４】
2010261870.tif 000004
アクシャル・オフセットは、炉心軸方向下方で出力が高くなるほど負の絶対値が大きくなる縮約パラメータである。言い換えると、アクシャル・オフセットは、炉心軸方向の出力空間分布の歪みを表すもので、炉心出力安定性および燃料健全性を反映するプロセス・パラメータである。また、式（４）において「ｊ」や「ｊ，ｋ」についての和をとらずに特定のＬＰＲＭストリング202だけで、或いは、指定した「ｊ」や「ｊ、ｋ」の範囲に限る和をとれば、局所的ないし領域的なアクシャル・オフセットとなる。
【００２５】
（上部ピーキング係数、下部ピーキング係数）
式（３）で定義したＬＰＲＭ101の局部出力情報を用いて、式（５）で表す上部ピーキング係数を定義し、式（６）で表す下部ピーキング係数を定義する。上部ピーキング係数や下部ピーキング係数も、炉心軸方向の出力空間分布の歪みを表すプロセス・パラメータである。
【００２６】
2010261870.tif 000005
[制御判定装置]
出力制御システム１の制御判定装置103は、図１に示すように、ＬＰＲＭ101群により取得された炉心出力空間分布001、式（４）〜式（６）で定義された縮約パラメータ（アクシャル・オフセット002、上部ピーキング係数003、下部ピーキング係数004）、炉水供給流量005、炉心出力006などのプロセス量が入力可能に設けられ、入力を受けた縮約パラメータなどが設定値を逸脱していないかどうかを判定する。
【００２７】
また、制御判定装置103は、入力を受けた縮約パラメータなどが設定値を逸脱していると判定したときは、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させるべく、給水温度制御信号008、制御棒駆動制御信号009、原子炉水位制御信号010のうち何れか１つ以上の信号を出力する。
【００２８】
[プロセスコンピュータ]
出力制御システム１のプロセスコンピュータ104は、一般の炉心管理に供されるワークステーションにより構成され、いわば制御判定装置103の補完機能を有する。
【００２９】
プロセスコンピュータ104は、ＬＰＲＭ101により取得された炉心軸方向の局部出力に基づき、互いに隣接するＬＰＲＭ101間の領域における詳細な局部出力情報を予測・算出する。この局部出力情報の算出方法は公知の技術を用いて行うことができる。図６はプロセスコンピュータ104により算出された炉心軸方向の詳細な出力空間分布を例示したものである。
【００３０】
2010261870.tif 000006
【００３１】
2010261870.tif 000007
また、プロセスコンピュータ104が炉心管理に用いられる局部出力ピーキング係数が計算可能に構成されているときは、このプロセスコンピュータ104で用いられる局部出力および局部出力の算出座標を援用して、このプロセスコンピュータ104に上記式（５）および式（６）で定義される上部および下部のピーキング係数を算出させるようにしてもよい。
【００３２】
[データベース]
図７は出力制御システム１におけるデータベース105の機能ブロック図である。データベース105は、図７に示すように、データ取得機能F01、データ処理機能F02、データ予測機能F03、データ記録機能F04、応答関係管理機能F05および学習機能F06を有する。
【００３３】
データベース105のデータ取得機能F01は、あらかじめ設定された取得開始条件やサンプリング条件などに基づいて、制御用パラメータとしての縮約パラメータ応答011やプラントパラメータ応答012を取得する機能である。縮約パラメータ応答011とは、縮約パラメータに基づいた炉心出力制御が実行された場合の炉心出力変化等のプロセス量変化であり予め登録された模擬値である。また、プラントパラメータ応答012とは、実際に炉心制御を実行された場合の炉心出力変化等のプロセス量変化であり実データである。
【００３４】
取得開始条件としては、たとえば、「原子炉に設けられる再循環ポンプがトリップ停止したときに制御用パラメータの取得を開始する」、「制御用パラメータの応答に変化が生じたときに、その制御用パラメータの取得を開始する」、「制御用パラメータが設定値を超えたときに、その制御用パラメータの取得を開始する」、「設定されたスケジュールに従い制御用パラメータの取得を開始する」といったデータ取得のタイミング条件が用意される。なお、サンプリング条件は、取得データのサンプリング時間間隔であり、適宜設定される。
【００３５】
データベース105のデータ処理機能F02は、データ取得機能F01にて取得したプラントパラメータ応答F02の特徴の抽出処理を行う機能である。例えば、プラントパラメータ応答012の変化率、変化方向（正または負）、変化周期、制御用パラメータ同士の伝達特性などの抽出処理を行う機能である。
【００３６】
データベース105のデータ予測機能F03は、データ処理機能F02により抽出されたプラントパラメータと縮約パラメータ（式（４）〜式（６）参照）との相互伝達特性から、縮約パラメータを用いた炉心出力制御によるプラントパラメータの変動を予測し、これを縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果とする機能である。このデータ予測機能F03は、データベース105に与えるほか、プロセスコンピュータ104に与えるようにしてもよい（図７参照）。
【００３７】
データベース105のデータ記録機能F04は、縮約パラメータの予測効果その他のデータが記録可能に構成される。データベース105の応答関係管理機能F05は、縮約パラメータ応答011やプラントパラメータ応答012との応答関係を参照可能に且つ修正可能に設けられる。データベース105の学習機能F06は、縮約パラメータに基づく出力制御の予測効果が出力制御の実効果に近づくように予測効果を修正する学習機能を有し、公知の技術を用いて構成できる。
【００３８】
ここで、プロセスコンピュータ104は、プラント物理モデルおよびモデルチューニング機能を備えるようにしてもよい。図８はプラント物理モデルF07およびモデルチューニング機能F09を備えたプロセスコンピュータ104の機能ブロック図である。
【００３９】
図８に示すように、プロセスコンピュータ104のプラント物理モデルF07は、縮約パラメータ011´（アクシャル・オフセット、上部・下部ピーキング係数）が入力可能に設けられる。そして、縮約パラメータ011´に基づく出力制御によって炉心出力などのプラントパラメータがどのように応答するかを示したモデルプラントパラメータ応答013（模擬値）を出力する。プロセスコンピュータ104の比較機能F08は、モデルプラントパラメータ応答013とプラントパラメータ応答012（実測値）とを比較する。
【００４０】
プロセスコンピュータ104のモデルチューニング機能F09は、モデルプラントパラメータ応答013とプラントパラメータ応答012に差が認められた場合に、その差が解消されるようにプラント物理モデルF07のモデルをチューニングする。
【００４１】
次に、沸騰水型原子炉の出力制御システム１の作用について説明する。
【００４２】
沸騰水型原子炉において、たとえば炉水供給流量が減少するような事象が発生したとき、図９に示すように、炉水供給流量015が低下することにより炉心出力014と炉水供給流量015とのミスマッチが生じる。なお、炉心出力014の低下は、炉水供給流量015が低下することにより原子炉圧力容器内の蒸気量が増えて負の反応度が入ることにより誘起される。その後、炉心出力014と炉水供給流量015が再度バランス状態となった新しい定常状態に落ち着く。通常、原子炉は、このような新しい定常状態に至るまでの過渡常態において炉心出力が不安定にならないよう或いは燃料健全性が損なわれないように設計されている。しかしながら、プラントタイプや運転条件によっては、出力安定性や燃料健全性が損なわれるおそれが生じ得る。この場合、制御棒を挿入して出力を低下させたり、原子炉水位を制御したりして出力安定性或いは燃料健全性が確保される。
【００４３】
図１０は図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象の発生前と発生後における炉心軸方向の出力空間分布の比較図である。図１０に示すように、ミスマッチ事象の発生後の出力空間分布016は、ミスマッチ事象の発生前の出力空間分布017に比べて炉心下方で大きくなるように歪む。このように出力空間分布が炉心下方で歪んだような出力空間分布が生じたとき、燃料チャンネルの熱水力的安定性が悪化することが知られている。
【００４４】
図１１は図１０に示すように出力空間分布が炉心下方に大きくなるよう歪みつつある状態での式（４）或いは式（８）で定義したアクシャル・オフセットの変化を示す図である。図１１に示すように、アクシャル・オフセットは、一度正の値となった後次第に低下して負の値に移行して行く。
【００４５】
また、アクシャル・オフセットと、炉心の核熱水力安定性の定量的指標である減幅比との相関例を図１２に示す。減幅比とは、アクシャル・オフセットの変動振幅に関し、ある時刻の振幅に対する次のある時刻の振幅との比として定義される物理量である。減幅比が常に１未満の値であれば原子炉の出力は安定である。図１２において、横軸はアクシャル・オフセットの基準値からの偏差、縦軸は減幅比の増加分を示しており、アクシャル・オフセットの値が負の大きな値、すなわち、出力空間分布が下方で大きくなるよう歪んだ状態になるにつれて、減幅比の値は増加して炉心核熱水力安定性は悪化していく。
【００４６】
そこで、たとえば減幅比の増加分の許容値を０．２に設定しておく。そうすると、図１２からアクシャル・オフセットの低下分は０．１７以下に抑えることが必要であることがわかり、必要な制御量（制御棒挿入量や原子炉水位）や制御タイミングを知ることができる。すなわち、アクシャル・オフセットを用いて出力安定性および燃料健全性を維持するための出力制御が可能である。たとえば、図９に示すようなミスマッチ事象が発生した時点で或いは図１０のようにアクシャル・オフセットの低下傾向が現れた時点で、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させて炉心出力の安定性や燃料健全性を確保することができる。
【００４７】
図１３は式（５）および式（６）で定義されたピーキング係数と式（４）で定義されたアクシャル・オフセットを比較したものである。炉心軸方向の出力空間分布が方向で大きくなるように歪みつつある場合すなわちアクシャル・オフセット018が負の方向に増加しつつある場合、下部ピーキング係数020は増大する一方で上部ピーキング係数019は減少することがわかる。すなわち、上部ピーキング係数019および下部ピーキング係数020は、アクシャル・オフセット018と同様に炉心の出力安定性および燃料健全性と一定の関係を有することが分かる。したがって、上部ピーキング係数019および下部ピーキング係数020を用いて、出力安定性および燃料健全性を維持するための出力制御が可能である。
【００４８】
（効果）
本実施形態の沸騰水型原子炉の出力制御システム１にあっては、炉心２に設けられるＬＰＲＭ101群により取得された複数の局部出力から成る出力空間分布001が入力可能に設けられ、その出力空間分布001を出力安定性や燃料健全性を反映するように縮約して縮約パラメータ（式（４）〜式（６）など）を作成する縮約計算装置102を備える。そして、これらの縮約パラメータが設定範囲にあるか否かを逐次判定し、この縮約パラメータが設定範囲から逸脱したとき、制御棒、原子炉水位その他の出力制御手段から１つ若しくは複数の出力制御手段を選択して作動させる制御判定装置103を備える。このため、原子炉のプロセス量のうち炉心の出力空間分布を用いて出力安定性および燃料健全性を反映するパラメータを作成し、そのパラメータに基づいて原子炉の出力不安定性や燃料健全性が確保されるよう原子炉の出力制御が可能となる。
【００４９】
（参考）
図１４は図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際に炉水供給温度を変化させた場合とさせない場合のアクシャル・オフセットの変化の比較図である。なお、図１４はミスマッチ事象が生じた直後に炉水供給温度を変化させた場合である。図１４から分かるように、炉水供給温度を変化させない場合のアクシャル・オフセット021は、ミスマッチ事象の発生後に低下しつづけた後、１５０秒付近から振動するようになる。これに対し、炉水供給温度を変化させた場合のアクシャル・オフセット022は、ミスマッチ事象の発生後４０秒付近でその低下が抑制され、以後は上昇して一定値で安定するようになる。すなわち、炉水供給温度の制御は、原子炉の出力安定性や燃料健全性のために有効な出力制御手段であることがわかる。
【００５０】
なお、図１５は炉水供給温度を変化させた場合とさせない場合の式（６）で定義した下部ピーキング係数の変化の比較図である。図１５に示すように、炉水供給温度を変化させない場合の下部ピーキング係数023は、上昇し続けた後に振動が生じる。一方、炉水供給温度を変化させた場合の下部ピーキング係数024は、上昇が抑制され振動も生じないようになる。
【００５１】
上述したように供給炉水温度の制御は、原子炉の出力安定性や燃料健全性のために有効な出力制御手段であるが、炉心の出力安定性が急激に悪化するような事象に対応するためには、制御操作と炉心出力との応答がもっと迅速な制御手段が必要となる。その手段の一つとして、炉水供給流量を制御する方法と原子炉水位を制御する方法がある。
【００５２】
図１６は図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際の炉水供給温度および原子炉水位の制御有無による炉心出力変化の比較図である。図１６は炉水供給温度および原子炉水位の各制御は、ともに炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた時点から１００秒経過後に開始した場合のものである。炉水供給温度制御ありの場合の炉心出力026はその変化が現れてくるまでに１００秒程度の時間を要している。一方、原子炉水位制御ありの場合の炉心出力027は、制御開始後すぐに変化が現れており、炉心出力が速やかに低下していることがわかる。なお、図１６の符号に関し、025は制御なしのデータである。よって、炉水供給温度制御よりも原子炉水位制御の方が、炉心出力の制御迅速性に優れるといえる。なお、図１７は原子炉水位制御の効果を示す図である。図１７において、符号028が原子炉水位制御ありの場合の炉心径方向の出力ピーキング係数であり、符号029が原子炉水位制御なしの場合の炉心径方向の出力ピーキング係数である。図１７に示すように、原子炉水位制御によると、炉心径方向の出力ピーキング係数も速やかに安定な状態に至ることがわかる。なお、図１７の符号に関し、Ｃは安定化領域と不安定領域とを分ける基準値であり、炉心径方向の出力ピーキング係数はＣより下の領域であるほど安定である。
【００５３】
なお、炉心出力を最も迅速かつ確実に制御できるものは、制御棒の駆動制御である。制御棒は、たとえば燃料集合体４体に１本の割合で設置される。このような制御棒の駆動制御にはＳＲＩ（選択制御棒挿入）がある。ＳＲＩにあっては、炉水供給流量などが急減するような事象が発生し、あらかじめ設定された運転領域（炉心出力と炉水供給流量）に入ると、あらかじめ選択されている制御棒が自動挿入されて炉心出力が低下する。
【００５４】
図１８は図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際の制御棒制御および給水温度制御の有無によるアクシャル・オフセットの変化の比較図である。図１８において、030が制御棒制御ありの場合のアクシャル・オフセット、031が炉水供給温度制御ありの場合のアクシャル・オフセット、032が制御なしの場合のアクシャル・オフセットである。なお、各制御は、図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じてから１００秒後に開始したものである。図１８に示すように、制御棒挿入と同時にアクシャル・オフセットも急速に増加していることがわかる。したがって、たとえばアクシャル・オフセットが−0.15以下に低下したら、あらかじめ選択した制御棒を挿入して、炉心の不安定化を回避するような制御が可能となる。
【００５５】
以上、本発明に係る沸騰水型原子炉の出力制御システムを実施形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。
【００５６】
上述した式（２）は炉心径方向の出力空間分布を表すものであり、各ＰＪは炉心径方向の各ＬＰＲＭストリング202位置での出力情報である。たとえば、このＰＪを用いて、次に示す式（８）および式（９）を定義し、これを縮約パラメータとしてもよい。
【００５７】
式（８）および式（９）において、ＮはＬＰＲＭストリング202の総本数であり、Ｌは着目されるＬＰＲＭストリング202と炉心中心からの距離である。各式の定義ないし意味は、文献１にて説明されている。
【００５８】
2010261870.tif 000008
式（８）および式（９）の定義ないし意味は文献１にて詳説されているので、各式の意味を簡潔に説明する。式（８）は炉心の出力空間分布に基づいた反応度フィードバックへの重み係数に相当するものである。この値が大きいほど、出力空間分布は平坦分布からの歪みが大きくなる。言い換えると、炉心が一体で振動するような、いわば出力振動を特徴付けるものである。また、高出力の燃料集合体が集団となって炉心外周寄りに且つ複数点に分布している状態では、出力振動ではなく、これら高出力の燃料集合体の集団間領域での領域振動が発生しやすいことが知られている。式（９）は、この領域振動を特徴付けるものである。
【００５９】
そこで、式（８）と式（９）の差をとり、この差を「Ｒ−ＲＬ」とする。このようなＲ−ＲＬは、文献１に説明されるように、両者の差が小さいほど、領域振動が発生しやすいものとなる。
【００６０】
図１９は図９に示す炉心出力と炉水供給流量のミスマッチ事象が生じた際の制御棒駆動制御の有無による（Ｒ−ＲＬ）の変化の比較図である。図１９の符号に関し、033は制御なしの場合の（Ｒ−ＲＬ）、034は制御棒の駆動制御ありの場合の（Ｒ−ＲＬ）、Ｃは設定値である。図１９は（Ｒ−ＲＬ）が設定値Ｃを下回った場合に制御棒を駆動制御した例であり、制御棒挿入によりＲの値は上昇するが、ＲＬの値は低下することにより（Ｒ−ＲＬ）の値は大きく上昇し、領域振動は発生しにくい状態となる。このように、（Ｒ−ＲＬ）は、アクシャル・オフセット等と同様、炉心の出力安定性や燃料健全性の確保に有効なプロセス・パラメータであるといえる。
【符号の説明】
【００６１】
１…沸騰水型原子炉の出力制御システム，  101…ＬＰＲＭ，  102…縮約計算装置，  103…制御判定装置，  104…プロセスコンピュータ，  105…データベース，  001…炉心出力空間分布，  002…アクシャル・オフセット，  003…上部ピーキング係数，  004…下部ピーキング係数，  005…炉水供給流量，  006…炉心出力，  007…制御信号，  008…給水温度制御信号，  009…制御棒駆動制御信号，  010…原子炉水位制御信号，  2…炉心，  201…燃料集合体，  202…ＬＰＲＭストリング，  F01…データ取得機能，  F02…データ処理機能，  F03…データ予測機能，  F04…データ記録機能，  F05…応答関係管理機能，  F06…学習機能，  011…縮約パラメータの応答，  012…プラントパラメータの応答，  F07…プラント物理モデル，  F08…比較機能，  F09…モデルチューニング機能，  013…モデルプラントパラメータ応答，  014…炉心出力，  015…炉水供給流量，  016…ミスマッチ事象の発生後の軸方向出力分布，  017…ミスマッチ事象の発生後の軸方向出力分布，  018…アクシャル・オフセット，  019…上部ピーキング係数，  020…下部ピーキング係数，  023…炉水供給温度を変化させない場合の下部ピーキング係数，  024…炉水供給温度を変化させた場合の下部ピーキング係数，  021…炉水供給温度を変化させない場合のアクシャル・オフセット，  022…炉水供給温度を変化させない場合のアクシャル・オフセット，  025…制御なしの場合の炉心出力，  026…炉水供給温度制御ありの場合の炉心出力，  027…原子炉水位制御ありの場合の炉心出力，  028…原子炉水位制御ありの場合の炉心径方向の出力ピーキング係数，  029…原子炉水位制御なしの場合の炉心径方向の出力ピーキング係数，  Ｃ…基準値，  030…制御棒制御ありの場合のアクシャル・オフセット，  031…給水温度制御ありの場合のアクシャル・オフセット，  032…制御なしの場合のアクシャル・オフセット，  033…制御なし，  034…制御棒制御，  Ｃ…設定値．
【図１】
2010261870.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010261870.tif 000022
【図１５】
2010261870.tif 000023
【図１６】
2010261870.tif 000024
【図１７】
2010261870.tif 000025
【図１８】
2010261870.tif 000026
【図１９】
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