(57)【要約】【課題】  変動要因を考慮したプラント制御定数の最適化が実施可能であり、かつ複数の制御定数について複数の応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域の判断が行える方法を提供すること。【解決手段】  プラントの応答特性を調整する制御系における各制御定数を最適化するプラント制御定数の最適化方法において、前記制御系における全ての制御定数の中から最適化したい制御定数を選択し、前記プラントの状態量のうち、制御による応答特性に影響を与える量であり運転中経時的に変化する変動要因を選択し、この変動要因に対して、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域が最大となるよう、選択した制御定数を最適化する、ことを特徴とするプラント制御定数の最適化方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの応答特性を調整する制御系における各制御定数を最適化するプラント制御定数の最適化方法において、
前記制御系における全ての制御定数の中から最適化したい制御定数を選択し、
前記プラントの状態量のうち、制御による応答特性に影響を与える量であり運転中経時的に変化する変動要因を選択し、
この変動要因に対して、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域が最大となるよう、選択した制御定数を最適化する、
ことを特徴とするプラント制御定数の最適化方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラント制御定数の最適化方法において、
沸騰水型原子力発電プラントの場合、
前記変動要因を、ボイド反応度と傾斜調定率との二つとする、
プラント制御定数の最適化方法。
【請求項３】
請求項２記載のプラント制御定数の最適化方法において、
変動要因であるボイド反応度と傾斜調定率とを変数とする二次元平面上で、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域を判断する、
プラント制御定数の最適化方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載のプラント制御定数の最適化方法において、
最適化の評価関数を構成する指標として、プラント運転許容範囲に関わる応答特性をとり、
前記応答特性として、
プラント状態量の目標値入力に対する応答の速さ具合を示す即応性、
プラント状態量の目標値入力に対する応答の振動具合を示す安定性、
外乱のプラント状態量への影響の抑制具合を示す外乱抑制性、
の３つをとる、
プラント制御定数の最適化方法。
【請求項５】
請求項４記載のプラント制御定数の最適化方法において、
沸騰水型原子力発電プラントの場合、
前記即応性の指標を、圧力容器から主蒸気管に流れる主蒸気流量の立ち上がり時間とし、
前記安定性の指標を、原子炉圧力の減幅比とし、
前記外乱抑制性の指標を、原子炉内に設置される平均中性子出力モニタ信号のオーバーシュートおよび熱出力モニタ信号のオーバーシュートとする、
プラント制御定数の最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラント等のプラントの制御方法に係り、とくに計算機を用いてプラントの制御定数を最適化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、沸騰水型原子力発電プラント等のプラントでは、プラント建設直後の試運転段階で、制御系に外乱を与えて応答を計測する試験により、プラントの制御定数を最適に定めている。このため、運転後の経年変化や、燃焼度、運転状態の変化で、プラントの特性が変化した場合、制御定数の最適性が失われて、応答特性が悪化するという問題がある。
【０００３】
そして、沸騰水型原子力発電プラントでは、燃焼度、運転状態や経年変化により変わるプラント特性値の代表的なものとして、ボイド反応度および傾斜調定率の二つの変動要因があり、これらの変動により制御系の応答特性が変化する。
【０００４】
さらに、許容される制御系の応答特性として、応答の安定性以外に、応答の速さ、オーバーシュートを含む外乱幅の少なさなど複数の基準があり、しかも、複数のプロセス信号に対してそれぞれ異なる許容値が課されることがある。
【０００５】
それにも拘わらず、従来は、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域を判断する方法として、図５に示すように、いくつかの制御定数中の一つ、そして様々な応答特性のうちの一つ（応答の安定性）について行われている。
【０００６】
すなわち、一つの制御定数とボイド反応度との二次元平面上に、傾斜調定率とともに変化するドーム圧減幅比（応答の安定性）が限界値となる曲線をプロットした上で、運転可能なボイド反応度の範囲を判断する。
【０００７】
また、特許文献１では、原子炉の制御状態がスクラム状態または不安定状態に対して余裕がないときに、制御定数を変更して安定化を図ることが行われている。
【特許文献１】特開2003-28984号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のプラント制御方法では、複数の制御定数について、複数の応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域の判断ができないという問題がある。
【０００９】
応答特性が運転中に経時的に変化する変動要因の影響を受けて許容範囲を逸脱することを防ぐには、変動要因を考慮した上で制御定数を定める必要がある。また、複数の制御定数がプラント制御系内に存在する場合、複数の制御定数について、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域を判断する必要がある。
【００１０】
本発明は、変動要因を考慮したプラント制御定数の最適化が実施可能であり、かつ複数の制御定数について複数の応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域の判断が行える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】
【００１１】
上記目的達成のため、本発明では、
プラントの応答特性を調整する制御系における各制御定数を最適化するプラント制御定数の最適化方法において、前記制御系における全ての制御定数の中から最適化したい制御定数を選択し、前記プラントの状態量のうち、制御による応答特性に影響を与える量であり運転中経時的に変化する変動要因を選択し、この変動要因に対して、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域が最大となるよう、選択した制御定数を最適化する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述のように、変動要因を考慮したプラント制御定数の最適化が実施可能である。また、沸騰水型原子力発電プラントの場合、複数の制御定数、複数の応答特性（即応性、安定性、外乱抑制性）についてプラント運転許容範囲内にある領域の判断を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例を示すフローチャートである。制御定数の最適化のため、図1のフローチャートにおいて、まず、プラントに備わっている全ての制御定数の中から最適化したい制御定数を選択する（ステップＳ１）。ここでは、プラントの応答特性に大きな影響のある制御定数を対象とする。
【００１５】
そのような制御定数としては、沸騰水型原子力発電プラントの場合、原子炉再循環制御系の比例ゲインまたは積分時間、圧力制御器の進み時間または遅れ時間、および速度制御系の進み時間または遅れ時間が挙げられる。
【００１６】
次のステップＳ２では、プラント状態量のうち、制御による応答特性に影響を及ぼす量であって運転中経時的に変化する変動要因を選択する。特に、応答特性に大きな影響を及ぼす変動要因を選択する。
【００１７】
沸騰水型原子力発電プラントの場合、ボイド反応度および傾斜調定率を選択する。前者は、核燃料の燃焼による燃焼度（＝ボイド反応度）の経時的変化によって応答特性が大きく変化するためであり、後者は、弁特性の季節変動（気温、海水温の季節変動等）に起因して応答特性に大きな変化が起こるためである。そして、ステップＳ２で選択した変動要因でプラント運転を予定（想定）している領域を選択する（ステップＳ３）。
【００１８】
図２は、沸騰水型原子力発電プラントにおける領域選択の一例を示す。ここでは、横軸をボイド反応度、縦軸を傾斜調定率とするとき、ボイド反応度および傾斜調定率の変動幅は破線で示す通りである。そして、破線で囲まれる図示中央の矩形領域が上記ステップＳ３で選択した領域であり、この領域でプラントを運転する。
【００１９】
再び図１に戻り、プラント応答特性としての即応性、安定性、および外乱抑制性の３つを指標とする評価関数を与える（ステップＳ４）。沸騰水型原子力発電プラントの場合、それぞれ(1)主蒸気流量の立ち上がり時間、(2)原子炉圧力となる原子炉圧力容器ドーム圧の減幅比、(3)APRM(平均中性子出力モニタ)信号のオーバーシュート、および(4)TPM（熱出力モニタ）信号のオーバーシュートを指標とする。
【００２０】
評価関数の例および許容値を、以下のように規定する。
(1)主蒸気流量立ち上がり時間≦10.0秒
(2)原子炉圧力容器ドーム圧減幅比≦0.25
(3)APRM信号オーバーシュート量≦5.0％
(4)TPM信号オーバーシュート量≦2.0％
【００２１】
図３は、最適化のために評価関数を取る際に選択する点を示している。このために、運転したい領域を囲む曲線上にある点を数点選択し、各点について次のようにΔＦを計算する。ここで、図３における、破線で示した運転を想定している領域の輪郭線上にある10個の黒丸は、ステップＳ４で与える評価関数において選択した点を示している。
【００２２】
(1)主蒸気流量立ち上がり時間(即応性の指標)≦10.0秒
→ΔｆMSFLOW＝100・(主蒸気流量立ち上がり時間-10.0秒)/10.0秒
(2)ドーム圧減幅比(安定性の指標)
≦0.25→Δｆdome＝ゼロ
＞0.25→Δｆdome＝100・(ドーム圧減幅比-0.25)/0.25
(3)APRM信号オーバーシュート量
≦5.0％→ΔｆAPRM＝ゼロ
＞5.0％→ΔｆAPRM＝100・(ドーム圧減幅比-0.25)/0.25
(4)TPM信号オーバーシュート量
≦2.0％→ΔｆTPM＝ゼロ
＞5.0％→ΔｆTPM＝100・(TPMオーバーシュート量-2.0％)/2.0％
ΔＦ＝ΔｆMSFLOW＋Δｆdome＋ΔｆAPRM＋ΔｆTPM
各点について計算したΔＦを、選択した点について足し合わせたものを、評価関数とする。
評価関数＝ΣΔＦ(Σは、選択した点に関する総和を表す。)
【００２３】
その後、ステップＳ４で与えた評価関数の値が最小となるような計算（最適化計算）を実行し、評価関数が最小となる制御定数を決定する（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７）。
【００２４】
これにより、ステップＳ２で選択した変動要因に対して、応答特性がプラント運転許容範囲内にある領域が最大となる制御定数が得られることになる。ステップＳ７で決定した制御定数の場合の応答特性が、プラント運転許容範囲内にある領域（以後「プラント運転可能領域」と略記）を表示させる（ステップＳ８）。
【００２５】
図４は、本発明の最適化方法における運転可能領域判断の概念図であり、図４上部に示された運転可能領域１と、最適化計算を施した後の図４下部に示された運転可能領域２とが示されている。
【００２６】
この図４には、変動要因としてＸおよびＹの２つを選定した場合、その変動要因ＸおよびＹを変数とする二次元平面上において、プラント運転を想定している領域（点線で囲まれた領域）およびプラント運転可能領域（実線で囲まれた領域）の２つが表示されている。
【００２７】
まず図４上方の特性図は、プラント運転可能領域(実線楕円で図示)が狭く、かつプラント運転を想定している領域(破線で図示)とずれるような制御定数を用いた場合の例である。この制御定数の場合、破線で囲んだプラント運転を想定している領域内では、運転できる領域と運転できない領域とがともに存在する。
【００２８】
そして、本発明を適用して最適化計算を施して決定した制御定数の場合、図４下方の特性図のように、プラント運転可能領域(実線楕円で図示)が広くなり、かつプラント運転可能領域の中にプラント運転を想定している領域(破線で図示)が入る。
【００２９】
すなわち、破線で囲んだプラント運転を想定している領域を含む広い範囲の任意の点で、プラント運転可能となる。沸騰水型原子力発電プラントの場合、変動要因Ｘ，Ｙはそれぞれボイド反応度、傾斜調定率である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例を示すフローチャート。
【図２】本発明におけるプラント運転想定領域の一例を示す説明図。
【図３】本発明において評価関数をとる際に選択する点の一例を示す説明図。
【図４】本発明における運転可能領域を判断する方法を示す概念図。
【図５】従来のプラント運転許容範囲内にある領域を判断する方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００３１】
Ｓ１〜Ｓ８  フローチャートのステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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