(57)【要約】【課題】突変を抑制して制御応答性を速くすること。【解決手段】１要素制御器２の他に３要素制御器１が追加される。給水制御弁４２と、１要素制御と３要素制御とを切り換える論理器３とが設けられる。その３要素は、温度偏差９と水位偏差１８と給水流量１１とから形成され、その１要素は給水流量１１から形成されている。検出給水量＞給水量基準であり、且つ、水位偏差が設定％より小さい場合には、３要素制御が実行され、検出給水量＜給水量基準であり、且つ、水位偏差が設定％より小さい場合には、１要素制御が実行される。論理器３は、３要素制御信号８又は１要素制御信号３１を給水制御弁４２の開閉度信号として出力する。３要素制御の追加は、制御応答をより速くして制御値を制御点により速く収斂させる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１要素制御器と、
３要素制御器と、
給水制御弁と、
前記１要素制御器による１要素制御と前記３要素制御器による３要素制御とを切り換える論理器とを構成し、
前記３要素は、１次冷却材温度差と水位偏差と給水流量とから形成され、前記１要素は前記水位偏差から形成され、
検出給水量＞給水量基準であり、且つ、水位偏差が設定％より小さい場合には、前記３要素制御が実行され、検出給水量＜給水量基準である場合には、前記１要素制御が実行され、
前記論理器は、前記３要素制御に基づく３要素制御信号又は前記１要素制御に基づく１要素制御信号を前記給水制御弁の開度信号として前記給水制御弁に送信する
原子炉の給水制御システム。
【請求項２】
前記水位偏差が設定％より大きい場合には、前記１要素制御が実行される
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項３】
前記給水制御弁は第１弁と第２弁とから形成される並列回路を形成し、前記給水制御弁は前記３要素制御信号に基づいてスプリット制御する
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項４】
前記３要素制御器は、前記１次冷却材温度差に対応する対応１次冷却材温度差に水位偏差に対応する対応水位偏差が加算され前記給水流量に対応する対応給水流量が減算された３要素信号に対応する比例積分値を前記３要素制御信号として出力する
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項５】
前記３要素制御と前記１要素制御の切換えは、給水流量値が設定給水流量値以上であるときに実行される
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項６】
前記設定給水流量値は、
第１設定給水流量値と、
前記第１設定給水流量値より小さい値として設定される第２設定給水流量値とから形成され、
出力増大過程では前記設定給水流量値として前記第１設定給水流量値が選択され、出力減少過程では前記設定給水流量値として前記第２設定給水流量値が選択される
請求項５の原子炉の給水制御システム。
【請求項７】
前記３要素制御と前記１要素制御の切換えの際には、前記３要素制御信号と前記１要素制御信号とは概ね同じ値にトラッキングされている
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項８】
前記水位偏差は前記温度偏差に基づいて補正される
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項９】
前記水位偏差は、前記温度偏差が規定値以下である場合に前記温度偏差に線形に対応する値に基づいて補正され、前記温度偏差が規定値以下である場合に、一定値に対応する値に基づいて補正される
請求項１の原子炉の給水制御システム。
【請求項１０】
前記３要素信号がＰＩｉで表され、前記３要素信号の時系列信号がＸｊで表され、３要素制御は次式：
ＰＩｉ
＝ＰＩｉ−１＋Ｋｉ（Ｘｉ−Ｘｉ−１）＋Ｋｉ・Ｘｉ・Δｔｉ／τＩｉ
に基づいて実行される
請求項１〜９から選択される１請求項の原子炉の給水制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉の給水制御システムに関し、特に、低出力時（特には、１５％出力以下）の原子炉の給水制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽水炉のような原子炉プラントには、蒸気発生器が設けられている。発電のために用いられる高温高圧蒸気がタービン側に取り出される。このような蒸気発生器では、原子炉側からの除熱を正常に行うための保有水量を適切に維持するために水位制御が重要である。水位は、現在の水位と１次冷却材温度偏差とに基づいて制御されている。
【０００３】
原子力発電では、その出力制御が重要である。出力の変動に対応して、蒸気発生器の中の水位が変動する。出力の変動に基づく水位の変動に対してそれの水位を制御するために、蒸気発生器に戻る循環用配管に介設される給水弁として、１５％以下の低出力時には主並列弁構成の主給水バイパス制御弁が用いられる（後掲特許文献１）。
【０００４】
制御変数パラメータとして、ＳＧ水位（蒸気発生器内水位）と１次冷却材温度差とが用いられることが知られている（後掲特許文献２）。ＳＧ水位と１次冷却材温度差が２制御入力値とされる２要素制御では、出力変化率が大きい出力変動推移過程で、その追従性の点で改善される余地があり、その追従性である制御応答性が速いことが求められる。更に、その制御応答性が滑らかであることが求められる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２５３００７号
【特許文献２】
特開平５−１４２３９０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、出力変動時の制御応答性をより改善する原子炉の給水制御システムを提供することにある。
本発明の他の課題は、その制御応答性が滑らかである原子炉の給水制御システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による原子炉の給水制御システムは、１要素制御器（２）と、３要素制御器（１）と、給水制御弁４２と、１要素制御器（２）による１要素制御と３要素制御器（１）による３要素制御とを切り換える論理器（３）とから構成されている。その３要素は、１次冷却材温度差（９）と水位偏差（１８）と給水流量（１１）とから形成され、その１要素は水位偏差（１８）から形成されている。検出給水量＞給水量基準であり、且つ、水位偏差が設定％より小さい場合には、３要素制御が実行され、検出給水量＜給水量基準である場合には、１要素制御が実行される。論理器（３）は、３要素制御に基づく３要素制御信号（８）又は１要素制御に基づく１要素制御信号（３１）を給水制御弁（４２）の開度信号として給水制御弁（４２）に送信する。３要素制御の追加は、制御応答をより速くして制御値を制御点により速く収斂させる。
【０００９】
給水制御弁（４２）は第１弁（４３）と第２弁（４４）とから形成される並列回路を形成している。給水制御弁（４２）は３要素制御信号（８）に基づいてスプリット制御する。スプリット制御は、制御切り換え点のトラッキングを容易にする。３要素制御器（３）は、１次冷却材温度差（９）に対応する対応１次冷却材温度差温度偏差（９’）に水位偏差（１８）に対応する対応水位偏差（４）が加算され給水流量（１１）に対応する対応給水流量（１１’）が減算された３要素信号に対応する比例積分値（７）を３要素制御信号（８）として出力する。３要素に基づく比例積分制御により制御がより安定する。
【００１０】
設定給水流量値は、第１設定給水流量値と、第１設定給水流量値より小さい値として設定される第２設定給水流量値とから形成されている。出力増大過程では設定給水流量値として第１設定給水流量値が選択され、出力減少過程では設定給水流量値として第２設定給水流量値が選択される。
【００１１】
３要素制御と１要素制御の切換えの際には、３要素制御信号と１要素制御信号とは概ね同じ値にトラッキングされていることは制御による突変を回避するために顕著に好ましい。３要素制御器内の水位制御器のゲインは１次冷却材温度差の関数として可変設定されていて、制御安定性を向上させている。
【００１２】
３要素信号がＰＩｉで表され、３要素信号の時系列信号がＸｊで表され、３要素制御は次式：
ＰＩｉ
＝ＰＩｉ−１＋Ｋｉ（Ｘｉ−Ｘｉ−１）＋Ｋｉ・Ｘｉ・Δｔｉ／τＩｉ
に基づいて実行され、円滑なＰＩ制御が実現する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による原子炉の給水制御システムは、３要素制御器が１要素制御器と制御モード切換器とともに設けられている。その３要素制御器１による３要素制御と１要素制御器２による１要素制御とは、図１に示されるように、論理演算器である制御モード切換器３により切換えられる。
【００１４】
３要素制御器１は、水位制御値信号４を出力する水位制御値演算器５と流量制御値演算器６とから構成されている。流量制御値演算器６は、３要素信号値７に基づいて流量制御値信号８を出力する。３要素信号値７は、水位制御値信号４と、１次冷却材温度差ΔＴ９と、検出給水流量１１とから形成される。１次冷却材温度差ΔＴ９は、第１応答関数器１２で第１１次（一次）冷却材温度差ΔＴ対応信号９’に変換されて加減算器１３に入力する。水位制御値信号４は、そのままに加減算器１３に入力する。検出給水流量１１は、第２応答関数器１４で給水流量対応信号１１’に変換されて加減算器１３に対して入力する。第１１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９’は加減算器１３で水位制御値信号４に対して加算され、給水流量対応信号１１’は水位制御値信号４に対して減算される。
【００１５】
目標水位信号１５からフィードバック信号である検出ＳＧ水位信号１６が、減算器１７で減算される。目標水位信号１５から検出ＳＧ水位信号１６が減算された水位偏差値１８は、第３応答関数器１９で水位偏差対応信号２１に変換される。１次冷却材温度差ΔＴ９は、第４応答関数器２２で第２１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９”に変換される。水位偏差対応信号２１と第２１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９”は、温度差対応ゲイン設定器２３に入力する。温度差対応ゲイン設定器２３は、第２１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９”に対応する２様の水位制御器比例項２４を生成する。水位制御器比例項２４は、第１水位制御ゲインＫ１ｈと第２水位制御ゲインＫ２ｈとから形成されている。第１水位制御ゲインＫ１ｈは、第２１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９”が規定値以下であれば、水位ゲイン低値Ｋ２ｌから水位ゲイン高値Ｋ２ｈまで第２１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９”に対応して線形に増大し、第２１次冷却材温度差ΔＴ対応信号９”が規定値以上であれば、第２水位制御ゲインＫ１ｈは水位ゲイン高値Ｋ２ｈに固定される。
【００１６】
水位偏差対応信号２１は、積分時定数Ｓ２５を設定する積分時定数設定器２６に入力する。応答周期設定器２６は、水位偏差対応信号２１が正負規定値間内にあれば、低値水位偏差対応周期Ｓ１を出力し、水位偏差対応信号２１が正負規定値間外にあれば、高値水位偏差対応積分時定数Ｓ２を出力する。積分時定数Ｓ２５は、水位制御器比例項２４ともに第５応答関数器２７に入力する。積分時定数設定器２６は、積分時定数Ｓ２５と時定数τ２とに基づいて、水位制御器比例項２４を水位制御器積分項２４’に変換する。水位制御器比例項２４と水位制御器積分項２４’とは、加算器２８に入力する。水位制御器積分項２４’は、これに水位制御器比例項２４が加算されて既述の水位制御値信号４として加減算器１３に入力する。水位制御値演算器５は、１次冷却材温度差ΔＴ９による水位制御器可変ゲインと水位偏差対応信号２１の関数として設定される可変積分時定数を特徴とする水位制御値信号４を出力する。流量制御値演算器６は、第１比例積分器を構成している。流量制御値演算器６は、３要素信号値７を積分しその積分値に対応する（比例対応する）ＰＩ制御信号である流量制御値信号８を出力する。
【００１７】
水位偏差値１８は、１要素制御器２を構成する第２比例積分器２９に入力する。第２比例積分器２９は、水位偏差積分値信号３１を出力する。
【００１８】
制御モード切換器３は、第１制御モード切換論理演算器３１’と第２制御モード切換論理演算器３２とから構成されている。水位偏差積分値信号３１は、３つの条件態様に基づいて積極・消極信号３３を出力する。第１制御モード切換論理演算器３１’は、論理合成器３４と第１否定器３５を入力信号とするフリップフロップである。第２制御モード切換論理演算器３２は、第１ゲート３６と第２ゲート３７と第２否定器３８とから形成されている。検出給水流量１１は、給水量基準判定器３９を介して論理合成器３４に入力する。水位偏差値１８は、水位偏差基準％判定器４１を介して論理合成器３４に入力する。給水量基準として、特定される原子炉の蒸気発生器に関して、５０トン／ｈが例示される。水位偏差基準％として、その同じ蒸気発生器に関して、２％が例示される。これらの基準値は、個別の蒸気発生器ごとに個別的に規定される。
【００１９】
このような規定のもとで、論理合成器３４は、下記のように積極消極信号３３を出力する。
（１）３要素制御モード：
検出給水量＞給水量基準（＝５０トン／ｈ）
水位偏差＜２％
積極消極信号３３＝積極信号
（２）１要素制御モード
検出給水量＜＝給水量基準
積極消極信号３３＝消極信号
ここで、タービン出力が増大している過程では、給水量基準は５０トン／ｈに設定され、タービン出力が減少している過程では、給水量基準は３０トン／ｈに設定される。
【００２０】
積極・消極信号３３が積極信号であれば、第１ゲート３６が開き第２ゲート３７が閉じて、流量値制御信号８と水位偏差積分値信号３１とのうちで採用される流量値制御信号８が主給水バイパス信号として主給水バイパス弁に送信される。積極・消極信号３３が消極信号であれば、第１ゲート３６が閉じ第２ゲート３７が開いて、流量値制御信号８と水位偏差積分値信号３１とのうちで採用される水位偏差積分値信号３１が主給水バイパス信号として主給水バイパス弁に送信される。
【００２１】
主給水バイパス弁４２は、図２に示されるように、第１弁４３と第２弁４４の並列接続弁である。流量値制御信号８は第１信号配分器４５を介して第１弁４３に入力し、流量値制御信号８は第２信号配分器４６を介して第２弁４４に入力する。図３は、第１弁４３と第２弁４４のそれぞれの弁開度を示していて、主給水バイパス弁４２はスプリット制御が実行されている。流量値制御信号８は０％〜１００％の範囲で出力されている。流量値制御信号８が４０％であれば、第１弁４３のみが開かれていて第２弁４４は閉じられている。流量値制御信号８が６０％であれば、第１弁４３の弁開度は１００％であり第２弁４４は開かれている。流量値制御信号８が１００％であれば、第１弁４３の弁開度と第２弁４４の弁開度は、ともに１００％である。主給水バイパス弁４２は、流量値制御信号８の増大に対応して比例的にその流量を増大させる。
【００２２】
３要素制御モードでは、流量値制御信号８は、下記式で表される。流量値制御信号８の時系列信号はＰＩｉで表され、３要素信号値７の時系列信号はＸｊで表される。３要素制御モードは、それの実施の第１形態とそれの実施の第２形態とで実施される。その実施の第２形態は、その実施の第１形態で現れる突変性を解消することができる。
（１）３要素制御モードの実施の第１形態：
３要素制御モードの実施のＰＩ制御の第１形態制御式は、下記の第１制御式で表される。
ＰＩｉ
＝Ｋ・Ｘｉ＋Ｋ・Σｊ＝１ｉＸｊ・Δｔｉ／τＩｉ
ここで、Σの下付添字とそれの上付添字は、積分の時系列上の時系列始点とそれの時系列終点を示している。第１制御式中のＫは、３要素制御モードの運転中に流量制御値演算器６に設定されているゲインである。このゲインＫは、特定される実機に関して、１要素制御モードの運転中に第２比例積分器２９に設定されているゲインの５倍の程度に設定されている。第１制御式の第１項Ｋ・Ｘｉは、リアルタイムの制御信号Ｘｉの大きさ次の周期の流量値制御信号ＰＩｉ８に直接に影響する数学的性質を有している。
【００２３】
図４〜図７は、第１制御式の第１項Ｋ・Ｘｉの存在に起因する各変量の突変性を示している。図４は蒸気発生器水位を示し、図５は給水流量を示し、図６はバイパス弁開度を示し、図７は流量値制御信号８を示している。給水流量とバイパス弁開度と流量値制御信号８は、時刻２０００秒の近傍で、突変性を示している。図４〜図７は、この程度の突変性は許容範囲にあることを示している。これは、制御方式切換が水位偏差２％以下に限定されているためである。
【００２４】
（２）３要素制御モードの実施の第２形態：
３要素制御モードの実施の第２形態の制御式は、下記の第２制御式で表される。ＰＩｉ
＝ＰＩｉ−１＋Ｋｉ（Ｘｉ−Ｘｉ−１）＋Ｋｉ・Ｘｉ・Δｔｉ／τＩｉ
第２制御式は第１制御式に代替され、第２制御式の第１項と第２項は、第１制御式の第１項に代替されている。その第１項は、リアルタイム時刻ｉの１単位時刻前までのＰＩ制御値を示し、その第２項は、最新時刻の３要素信号値７と１単位時刻前の３要素信号値７との差分（Ｘｉ−Ｘｉ−１）に対応し、出力制御信号である流量値制御信号８の一部分を示し、その差分にゲインＫがかけられた出力制御信号部分を示している。第２制御式のリアルタイムの出力値は、直前の１周期分の偏差である差分（Ｘｉ−Ｘｉ−１）に基づく制御値であり、既述の突変性が大幅に緩和される。
【００２５】
図８は、突変性の消滅を示している。図８は、蒸気発生器水位と給水流量とバイパス弁開度と流量値制御信号８の４つの制御変量を同一グラフ面に表示していて、図４〜図７より拡大されている。制御切換点領域４７で突変性は大幅に緩和され実質的には消滅している。縦軸（図示されず）は、４制御変量についてそれぞれの規格化値を示している。
【００２６】
図９〜図１２は、３要素制御モードの実施の第２形態について、制御蒸気発生器水位と給水流量とバイパス弁開度と流量値制御信号８に関して、本発明の制御方式と公知制御方式４の制御変量の両推移を比較して示している。実線は本発明による制御方式の制御変量の時系列的推移を示し、点線は公知制御方式の制御変量の時系列的推移を示している。図１１は、２つの弁の弁開度を示している。
【００２７】
図１３〜図１６は、３要素制御モードの実施の第２形態について、制御蒸気発生器水位と給水流量とバイパス弁開度と流量値制御信号８に関して、本発明の制御方式の制御変量の推移を示している。制御方式切換時系列点は矢印４８で図１３に示されている。全制御変量は滑らかに変化し、突変性は実用的には実質的に消滅している。
【００２８】
突変性を解消するためには、水位偏差積分値信号３１と流量制御値信号８との間でトラッキングが実行されることが重要である。給水流量に対応して増減する出力（例示：タービン出力又は発電機出力）が上昇する上昇過程で給水流量が５０トン／ｈを上まわる上昇時制御モード切換時刻点に到達する時間的前では、流量制御値信号８は水位偏差積分値信号３１に一致するようにトラッキング制御されている。その出力が降下する降下過程で給水流量が３０トン／ｈを下まわる降下時制御モード切換時刻点に到達する時間的前では、水位偏差積分値信号３１は流量制御値信号８に一致するようにトラッキング制御されている。このようなトラッキング制御条件下で、１周期分の既述の差分に基づく制御が実行され、制御モード切換時系列点で、ゲインが大幅に変更されるが、突変性がなく円滑に制御が切換えられ、且つ、流量制御値信号８は目標制御値に速やかに収斂する。
【００２９】
水位偏差が規定％（例示：２％）より大きくなれば、水位制御値演算器５の積分時定数が大きなって、第２制御式の第３項の積分値が制御効果を低減する恐れがある。水位偏差が規定％（例示：２％）より大きい場合には、３要素制御モードに移行する切換えは行わないことにより、水位の早期の整定が優先されることが好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による原子炉の給水制御システムは、突変を抑制して制御応答精度を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による原子炉の給水制御システムの実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図２】図２は、バオパス弁を示す回路図である。
【図３】図３は、弁開度を示すグラフである。
【図４】図４は、制御変量を示すグラフである。
【図５】図５は、他の制御変量を示すグラフである。
【図６】図６は、更に他の制御変量を示すグラフである。
【図７】図７は、５制御変量の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、制御変量の安定性を示すグラフである。
【図９】図９は、他の制御変量の安定性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、更に他の制御変量の安定性を示すグラフである。
【図１１】図１１は、他の制御変量の安定性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、更に他の制御変量の安定性を示すグラフである。
【図１３】図１３は、制御変量の整定性を示すグラフである。
【図１４】図１４は、他の制御変量の整定性性を示すグラフである。
【図１５】図１５は、他の制御変量の整定性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、更に他の制御変量の整定性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…３要素制御器
２…１要素制御器
３…論理器
９…温度偏差
９’…対応温度偏差
１１…給水流量
１１’…対応給水流量
３１…１要素制御信号
４２…給水制御弁
４３…主弁
４４…副弁
【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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【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】
2004170324.tif 000013
【図１２】
2004170324.tif 000014
【図１３】
2004170324.tif 000015
【図１４】
2004170324.tif 000016
【図１５】
2004170324.tif 000017
【図１６】
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