СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

m
1. Способ регулирования рабочих параметров ядерного реактора, причем эти рабочие параметры включают в себя по меньшей мере среднюю температуру (T) активной зоны и аксиальный офсет мощности (AO), при этом способ содержит этапы, на которых:
U
P
- получают текущее значение по меньшей мере одной входной величины (D, D);
- получают текущее значение (Y) вектора выходных величин, причем выходные величины включают в себя по меньшей мере указанные рабочие параметры;
ref
U
P
- формируют контрольное значение (Y) вектора выходных величин с использованием текущего значения указанной по меньшей мере одной входной величины (D, D);
S
U
P
- формируют вектор (U) значений команд управления ядерного реактора при помощи супервизора (31), применяющего алгоритм опережающей коррекции, с использованием по меньшей мере указанного текущего значения указанной по меньшей мере одной входной величины (D, D) и текущего значения (Y) вектора выходных величин;
K
ref
- формируют вектор (u) корректирующих значений команд управления ядерного реактора при помощи регулятора (33), применяющего алгоритм управления с последовательными коэффициентами усиления, с использованием текущего (Y) значения вектора выходных величин и контрольного значения (Y) вектора выходных величин;
S
K
- формируют вектор (U) скорректированных значений команд управления ядерного реактора с использованием вектора (U) значений команд управления, сформированного супервизором (31), и вектора (u) корректирующих значений команд управления, сформированного регулятором (33);
- регулируют рабочие параметры ядерного реактора путем управления приводами с использованием вектора (U) скорректированных значений команд управления.
2. Способ регулирования по п. 1, в котором ядерный реактор (1) содержит:
- корпус реактора (3);
- активную зону (5), содержащую множество ядерных топливных сборок и расположенную в корпусе реактора (3);
- кластеры (7) управления реактивностью активной зоны (5) и механизмы (9), выполненные с возможностью перемещать каждый кластер (7) в направлении введения в активную зону (5) или в направлении извлечения из активной зоны (5);
- первый контур (10) охлаждения активной зоны (5), в котором циркулирует первичный теплоноситель и который содержит холодную и горячую ветви (11, 13), подсоединенные к корпусу реактора (3), через которые первичный теплоноситель соответственно поступает в корпус реактора (3) и выходит из корпуса реактора (3);
- контур (15) впрыска, выполненный с возможностью селективно впрыскивать в первичный теплоноситель нейтронный поглотитель или разбавитель без нейтронного поглотителя;
при этом команды управления содержат по меньшей мере одну скорость перемещения кластеров (7) управляющих стержней и по меньшей мере один расход впрыска нейтронного поглотителя или разбавителя.
3. Способ регулирования по п. 2, в котором кластеры (7) перемещают группами, причем одна или несколько групп объединены в первом комплексе (Pbank, R, DCBA), а команды управления содержат по меньшей мере одну скорость перемещения указанных группы или групп первого комплекса.
4. Способ регулирования по п. 3, в котором другие группы объединены во втором комплексе (Hbank), при этом команды управления содержат, помимо скорости перемещения групп первого комплекса, по меньшей мере одну скорость перемещения групп второго комплекса.
5. Способ регулирования по п. 3 или 4, в котором группы первого комплекса (Pbank, DCBA) перемещают последовательно.
6. Способ регулирования по п. 3 или 4, в котором первый комплекс содержит только одну группу (R).
bank
7. Способ регулирования по любому из пп. 3-6, в котором рабочие параметры дополнительно включают в себя положение (P) введения групп первого комплекса.
U
P
8. Способ регулирования по любому из пп. 1-7, в котором ядерный реактор содержит одну или несколько турбин (17), питаемых паром за счет первого контура (10), при этом указанная по меньшей мере одна входная величина (D, D) является требующейся мощностью указанных турбины или турбин (17) ядерного реактора.
U
ref
U
9. Способ регулирования по п. 8, в котором мощность, выдаваемая указанными турбиной или турбинами (17) ядерного реактора, включает в себя мощность (D), запрограммированную в соответствии с заранее определенной программой, например, заранее определенной для периода длительностью по меньшей мере в одни сутки, и возмущение (dp) мощности, при этом контрольное значение (Y) вектора выходных величин вырабатывают, используя только указанную запрограммированную мощность (D).
с
К
10. Способ регулирования по любому из пп. 2-9, в котором выходные величины включают в себя, помимо указанных рабочих параметров, температуру (Т) первичного теплоносителя в горячей ветви и тепловую мощность (Р) активной зоны.
11. Способ регулирования по любому из предыдущих пунктов, в котором алгоритм управления с последовательными коэффициентами усиления включает в себя множество линейных регуляторов, каждый из которых определяют для определенной рабочей точки ядерного реактора, при этом указанные рабочие точки предпочтительно распределены таким образом, чтобы охватывать диапазон мощности ядерного реактора в пределах от 25% до 100% от номинальной мощности ядерного реактора.
bank
12. Способ регулирования по п. 11 в комбинации с п. 3, в котором каждая рабочая точка характеризуется определенным положением (P) введения групп первого комплекса.
13. Способ регулирования по п. 11 или 12, в котором каждый линейный регулятор выражается следующим образом:
К
1
2
1
2
u = Kp(s)y + Ki(s)y при у=у и у=z,
K
где Кр и Кi являются матрицами коэффициентов усиления, s является переменной Лапласа, у является вектором отклонения выходных величин между текущим значением вектора выходных величин и контрольным значением вектора выходных величин, z является вектором отклонения рабочих параметров между текущим значением вектора контролируемых рабочих параметров и контрольным значением вектора контролируемых рабочих параметров, и u является вектором корректирующих значений команд управления.
14. Способ регулирования по п. 13, который содержит этап получения линейных регуляторов, включающий для каждого линейного регулятора с подэтапы, на которых:
- формируют линеаризованную модели ядерного реактора посредством линеаризации нелинейной модели ядерного реактора в соответствующей рабочей точке, при этом линеаризованная модель связывает:
- вектор (у) отклонения выходных величин и вектор (z) отклонения рабочих параметров, с одной стороны, с
K
- по меньшей мере одним из следующих возмущений: возмущение (dp) указанной по меньшей мере одной входной величины, возмущение (dU) вектора значений команд управления, возмущение (dy) вектора (y) отклонения выходных величин и вектора (u) корректирующих значений команд управления, с другой стороны;
при этом линеаризованная модель и линейный регулятор образуют систему с обратной связью для указанного положения введения;
- определяют технологические ограничения для ядерного реактора в отношении заранее определенных возмущений (dp) указанной по меньшей мере одной входной величины, или заранее определенных возмущений (dU) вектора значений команд управления, или заранее определенных возмущений (dy) вектора (y) отклонения выходных величин;
- преобразуют каждое технологическое ограничение в цифровое условие в отношении функции перехода между:
- возмущением (dp) указанной по меньшей мере одной входной величины, или возмущением (dU) вектора значений команд управления, или возмущением (dy) вектора (y) отклонения выходных величин, с одной стороны, и
- отклонением между текущим значением одного из рабочих параметров и контрольным значением указанного рабочего параметра, или отклонением между текущим значением одной из выходных величин и контрольным значением указанной выходной величины или одним из корректирующих значений команд управления, с другой стороны;
р
i
- определяют коэффициенты усиления матриц коэффициентов усиления К и К, при этом указанные коэффициенты усиления определяют при помощи алгоритма оптимизации таким образом, чтобы стабилизировать по меньшей мере указанную систему с обратной связью для соответствующей рабочей точки и соблюдать цифровые условия, соответствующие всем технологическим ограничениям.
15. Способ регулирования по п. 14, в котором для получения линейного регулятора учитывают одно или несколько из следующих технологических ограничений:
m
m
m,ref
- отклонение δT между текущим значением T и контрольным значением T составляет от до ;
ref
max
max
- отклонение δАО между текущим значением АО и контрольным значением АО составляет от -ΔАО до ΔАО;
- скорость перемещения кластеров ниже ;
- изменение концентрации нейтронного поглотителя ниже , при этом является скоростью повышения концентрации нейтронного поглотителя в первом контуре в результате впрыска нейтронного поглотителя с расходом ;
в отношении по меньшей мере одного возмущения, которое является ступенью требующейся мощности от турбины или турбин, с ±Р% номинальной мощности PN ядерного реактора, при этом Р составляет от 5 до 15%.
16. Способ регулирования по п. 15, в котором указанные технологические ограничения переводят в следующие цифровые условия:
m
max
- ≤ 1, где является функцией перехода между указанной ступенью мощности и δT, при , ΔP=P%.PN;
max
- ≤ 1, где является функцией перехода между указанной ступенью мощности и δАО, при , ΔP=P%.PN;
- ≤ 1, где является функцией перехода между указанной ступенью мощности и скоростью перемещения кластеров, при ;
- ≤ 1, где является функцией перехода между указанной ступенью мощности и изменением концентрации нейтронного поглотителя, при .
17. Способ регулирования по любому из пп. 14-16 в комбинации с п. 3, в котором для получения линейного регулятора учитывают следующее технологическое ограничение:
bank
bank
bank,ref
- отклонение δP между текущим значением P и контрольным значением P составляет от до ;
в отношении по меньшей мере одного возмущения, которое является ступенью требующейся от турбины или турбин мощности, с ±Р% номинальной мощности PN ядерного реактора, при этом Р составляет от 5 до 15%.
18. Способ регулирования по п. 17, в котором указанное технологическое ограничение переводят в следующее цифровое условие:
bank
max
- ≤ 1, где является функцией перехода между указанной ступенью мощности и δP, при , ΔP=P%.PN.
19. Способ регулирования по любому из пп. 14-18, в котором для получения линейного регулятора учитывают следующее технологическое ограничение:
- возмущение, которое является ступенью требующейся от турбины или турбин мощности, с ±Р% номинальной мощности PN ядерного реактора, где Р составляет от 5 до 15%, приводит к минимальному изменению рабочих параметров;
при этом указанное ограничение переводят в следующее цифровое условие:
K∈Ω
р
i
z
- min, где К обозначает матрицы коэффициентов усиления К и K, Ω обозначает совокупность матриц коэффициентов усиления, стабилизирующих указанную систему с обратной связью, является функцией перехода между указанной ступенью мощности и вектором (z) отклонения рабочих параметров, W является матрицей заранее определенного частотного взвешивания.
20. Способ регулирования по любому из пп. 14-19, в котором каждая линеаризованная модель учитывает задержку, связанную с впрыском нейтронного поглотителя, с использованием следующих уравнений:
; ;
b
Q
bor
где C является концентрацией нейтронного поглотителя в указанном первом контуре или каждом первом контуре; u является командой повышения концентрации нейтронного поглотителя в первом контуре в результате команды впрыска нейтронного поглотителя с расходом Q; является запаздывающей командой повышения концентрации нейтронного поглотителя в первом контуре; s является переменной Лапласа; h является значением рассматриваемой задержки, как правило, составляющим от 100 до 500 секунд; n является целым числом, составляющим от 3 до 15.
р
i
21. Способ регулирования по любому из пп. 14-20, в котором в определенной рабочей точке коэффициенты усиления матриц коэффициентов усиления К и K определяют при помощи алгоритма оптимизации таким образом, чтобы стабилизировать систему с обратной связью для указанной определенной рабочей точки и стабилизировать системы с обратной связью по меньшей мере для двух соседних определенных рабочих точек, при этом соблюдая цифровые условия, соответствующие всем технологическим ограничениям.
22. Способ регулирования по любому из предыдущих пунктов в комбинации с п. 11, в котором алгоритм опережающей коррекции супервизора (31) использует указанную нелинейную модель ядерного реактора.
m
23. Ядерный реактор, содержащий активную зону (5) и систему (25) регулирования рабочих параметров активной зоны, причем эти рабочие параметры включают в себя по меньшей мере среднюю температуру (T) активной зоны и аксиальный офсет мощности (AO), при этом ядерный реактор (1) также содержит:
U
P
- блок (27) для получения текущего значения по меньшей мере одной входной величины (D, D);
- блок (29) для получения текущего значения (Y) вектора выходных величин, при этом выходные величины включают в себя по меньшей мере указанные рабочие параметры;
при этом система (25) регулирования содержит:
ref
U
P
- модуль (35) формирования контрольного значения (Y) вектора выходных величин с использованием текущего значения указанной по меньшей мере одной входной величины (D, D);
S
U
P
- супервизор (31), запрограммированный для формирования вектора (U) значений команд управления ядерного реактора с применением алгоритма опережающей коррекции и с использованием по меньшей мере указанного текущего значения указанной по меньшей мере одной входной величины (D, D) и текущего значения (Y) вектора выходных величин;
K
ref
- регулятор (33), запрограммированный для формирования вектора (u) корректирующих значений для команд управления ядерного реактора с применением алгоритма управления с последовательными коэффициентами усиления и с использованием текущего значения (Y) вектора выходных величин и контрольного значения (Y) вектора выходных величин;
S
K
- модуль (37) формирования вектора (U) скорректированных значений команд управления ядерного реактора с использованием вектора (U) значений команд управления, сформированного супервизором (31), и вектора (u) корректирующих значений команд управления, сформированного регулятором (33);
- модуль (39) регулирования рабочих параметров ядерного реактора, управляющий приводами с использованием вектора (U) скорректированных значений команд управления.
24. Ядерный реактор по п. 23, в котором ядерный реактор содержит:
- корпус реактора (3);
- активную зону (5), содержащую множество ядерных топливных сборок и расположенную в корпусе реактора (3);
- кластеры (7) управляющих стержней для управления реактивностью активной зоны и механизмы (9), выполненные с возможностью перемещать каждый кластер (7) в направлении введения в активную зону (5) или в направлении извлечения из активной зоны (5);
- первый контур (10) для охлаждения активной зоны (5), в котором циркулирует первичный теплоноситель и который содержит холодную и горячую ветви (11, 13), подсоединенные к корпусу реактора (3), через которые первичный теплоноситель соответственно поступает в корпус реактора (3) и выходит из корпуса реактора (3);
- контур (15) впрыска, выполненный с возможностью селективно впрыскивать в первичный теплоноситель нейтронный поглотитель или разбавитель без нейтронного поглотителя;
при этом команды управления ядерного реактора включают в себя по меньшей мере одну скорость перемещения кластеров (7) управляющих стержней и по меньшей мере один расход впрыска нейтронного поглотителя или разбавителя.
25. Ядерный реактор по п. 24, в котором система (25) регулирования выполнена с возможностью перемещать кластеры (7) группами, при этом одна или несколько групп объединены в первом комплексе (Pbank, R, DCBA), при этом команды управления включают в себя по меньшей мере одну скорость перемещения групп первого комплекса.
26. Ядерный реактор по п. 25, в котором другие группы объединены во втором комплексе (Hbank), при этом команды управления включают в себя, помимо скорости перемещения групп первого комплекса, по меньшей мере одну скорость перемещения групп второго комплекса.