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一種核電廠機組頻率的控制方法及系統.pdf

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一種 核電廠 機組 頻率 控制 方法 系統
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摘要
申請專利號:

CN201210519506.4

申請日:

2012.12.06

公開號:

CN103036253B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 3/40申請日:20121206|||公開
IPC分類號: H02J3/40; H02J3/24 主分類號: H02J3/40
申請人: 中廣核工程有限公司; 中國廣東核電集團有限公司
發明人: 展曉磊; 尹剛; 呂愛國
地址: 518023 廣東省深圳市福田區深南中路69號
優先權:
專利代理機構: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217 代理人: 蔡曉紅;易釗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210519506.4

授權公告號:

103036253B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.07.31|||2013.04.10

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種核電廠機組頻率的控制方法及系統,其中方法包括以下步驟:判斷核電廠機組的負荷控制模式;若核電廠機組在基本負荷控制模式或者自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率;若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式下運行,且電網負荷變化引起頻率波動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率;汽輪機側需要將汽輪機負荷參考值、負荷控制器回路投入信號、頻率貢獻信號、頻率控制信號、汽輪機閥門開度參考值信號及汽輪機快速降負荷信號送至核島的反應堆控制棒系統,進行核島側的頻率控制。本發明可保證核電機組在參與電網頻率控制的同時保證核電機組穩定運行。

權利要求書

權利要求書一種核電廠機組頻率的控制方法,其特征在于,包括以下步驟:
判斷核電廠機組的負荷控制模式,所述負荷控制模式包括基本負荷控制模式、自動負荷控制模式、具有調頻功能的負荷控制器回路模式和中心調度所負荷控制模式;
若核電廠機組在所述基本負荷控制模式或者所述自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率;
若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式或中心調度所負荷控制模式下運行,且電網負荷變化引起頻率波動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率; 
發送頻率貢獻方式下的頻率貢獻信號、頻率控制方式下的頻率控制信號以及不同頻率控制方式下的汽輪機閥門開度參考值的信號、具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號和汽輪機快速降負荷信號至反應堆控制棒系統,以使其進行頻率控制。
根據權利要求1所述的核電廠機組頻率的控制方法,其特征在于,所述通過頻率貢獻的方式調節機組頻率具體包括:
電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,獲取操縱員手動給定的目標轉速;
將所述目標轉速經升速率和熱應力控制的限制得到轉速設定值;
計算實測轉速與所述轉速設定值的轉速偏差;
根據所述轉速偏差計算蒸汽流量補償值;
將所述蒸汽流量補償值加到不同模式下所計算出的蒸汽需求量上,得到有效蒸汽需求量; 
根據所述有效蒸汽需求量修正汽輪機閥門開度參考值,以改變機組發電功率,實現頻率的調節。
根據權利要求2所述的核電廠機組頻率的控制方法,其特征在于,所述通過頻率控制的方式調節機組頻率具體包括:
電網負荷變化引起汽輪機頻率波動時,獲取給定的目標負荷; 
將所述目標負荷經升負荷速率和熱應力控制的限制獲得汽輪機的負荷參考值; 
根據所述轉速偏差計算對應的負荷修正值;
將所述負荷修正值與所述負荷參考值進行疊加形成負荷設定值;
獲取機組的實際發電功率,計算所述負荷設定值與所述實際負荷的差值,并經過比例積分控制運算形成有效蒸汽需求量;
將包括所述蒸汽需求量的信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后修正汽輪機閥門開度參考值以控制閥門的開度,改變機組的出力,直至頻率恢復正常。
根據權利要求3所述的核電廠機組頻率的控制方法,其特征在于,所述給定的目標負荷為主控室的操縱員或者中心調度所給定。
根據權利要求4所述的核電廠機組頻率的控制方法,其特征在于,還包括步驟:
在電網頻率變化或者電網負荷變化引起汽輪機頻率變化時,判斷汽輪機頻率變化是否在預設的頻率死區內,若是,則禁止通過頻率貢獻的方式或者頻率控制的方式調節機組頻率,若否,則按照功頻特性曲線調節機組頻率。
一種核電廠機組頻率的控制系統,其特征在于,包括:
負荷控制模式判斷單元,用于判斷核電廠機組的負荷控制模式,所述負荷控制模式包括基本負荷控制模式、自動負荷控制模式、具有調頻功能的負荷控制器回路模式和中心調度所負荷控制模式;
頻率貢獻方式調節單元,用于若核電廠機組在所述基本負荷控制模式或者所述自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率; 
頻率控制方式調節單元,用于若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式或中心調度所負荷控制模式下運行,且電網負荷變化引起頻率波動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率; 
信號發送模塊,用于發送頻率貢獻方式下的頻率貢獻信號、頻率控制方式下的頻率控制信號以及不同頻率控制方式下的汽輪機閥門開度參考值的信號、具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號和汽輪機快速降負荷信號至反應堆控制棒系統,以使其進行頻率控制。
根據權利要求6所述的核電廠機組頻率的控制系統,其特征在于,所述頻率貢獻方式調節單元具體包括:
目標轉速獲取單元,用于電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,獲取操縱員手動給定的目標轉速;
轉速信號處理單元,用于將所述目標轉速經升速率和熱應力控制的限制獲得轉速設定值;
轉速偏差計算單元,用于計算實測轉速與所述轉速設定值的轉速偏差;
蒸汽流量補償值計算單元,用于根據所述轉速偏差計算蒸汽流量補償值;
有效蒸汽需求量獲得單元,用于將所述蒸汽流量補償值加到不同模式下所計算出的蒸汽需求量上,得到有效蒸汽需求量;
汽輪機閥門開度參考值修正單元,用于根據所述有效蒸汽需求量修改正汽輪機閥門開度參考值,以改變機組發電功率,實現頻率的調節。
根據權利要求7所述的核電廠機組頻率的控制系統,其特征在于,所述頻率控制方式調節單元具體包括:
目標負荷獲取單元,用于電網負荷變化引起汽輪機頻率波動時,獲取給定的目標負荷;
負荷信號處理單元,用于將所述目標負荷經升負荷速率和熱應力控制的限制獲得汽輪機的負荷參考值;
負荷修正值計算單元,用于根據所述轉速偏差計算對應的負荷修正值;
有效蒸汽需求量計算單元,用于獲取機組的實際發電功率,計算所述負荷設定值與所述實際負荷的差值,并經過比例積分控制運算形成有效蒸汽需求量;
汽輪機閥門開度指令生成單元,用于將包括所述蒸汽需求量的信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后生成汽輪機閥門開度指令以控制閥門的開度,改變機組的出力,直至頻率恢復正常。
根據權利要求8所述的核電廠機組頻率的控制系統,其特征在于,所述給定的目標負荷為主控室的操縱員或者中心調度所給定。
根據權利要求9所述的核電廠機組頻率的控制系統,其特征在于,該控制系統還包括頻率死區控制單元,用于在電網頻率變化或者電網負荷變化引起汽輪機頻率變化時,判斷汽輪機頻率變化是否在預設的頻率死區內,若是,則禁止通過頻率貢獻的方式或者頻率控制的方式調節機組頻率,若否,則按照功頻特性曲線調節機組頻率。

說明書

說明書一種核電廠機組頻率的控制方法及系統 
技術領域
本發明涉及核電廠的頻率控制領域,尤其涉及一種核電廠機組頻率的控制方法及系統。 
背景技術
頻率是電力系統最重要的運行參數之一,頻率變化對電力系統的安全穩定運行具有重要的影響。 
由于在網機組的總發電功率與接網總負荷的不匹配將造成電網頻率的波動,若接網負荷大于在網機組總發電功率,將造成電網頻率下降,反之增加。要維持電網頻率值不變,就要求在網機組自動或手動改變向電網輸送的有功功率來平衡功率與負荷,即頻率的控制。 
核電機組并網運行后同樣也需要遵循電網的要求參與調頻,但由于核電機組安全性要求極高、系統復雜、建設時間長、建設投資巨大等的特點,核電機組應長期帶基本負荷運行,不應參加電網的頻率的控制。但目前電網要求凡是并網的機組就必須參與電網的頻率的控制。 
核電廠機組的頻率控制功能是通過汽輪機調節系統(GRE)和反應堆控制棒系統(RGL)來實現的,核電機組并網后,如何對汽輪機調節系統和反應堆控制棒系統進行頻率的控制以保證電力系統的安全穩定運行成為了新的技術難題,現有技術中還沒有很好的解決方案。 
發明內容
本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中無法實現保證核電機組穩定運行的同時又能讓核電機組參與電網的頻率控制的缺陷,提供一種可解決 核電機組參與電網頻率控制的技術難題,保證核電機組在參與電網頻率控制的同時保證核電機組穩定運行的核電廠機組頻率的控制方法及系統。 
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是: 
提供一種核電廠機組頻率的控制方法,包括以下步驟: 
判斷核電廠機組的負荷控制模式,所述負荷控制模式包括基本負荷控制模式、自動負荷控制模式、具有調頻功能的負荷控制器回路模式和中心調度所負荷控制模式; 
若核電廠機組在所述基本負荷控制模式或者所述自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率; 
若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式或中心調度所負荷控制模式下運行,且電網負荷變化引起頻率波動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率; 
發送頻率貢獻方式下的頻率貢獻信號、頻率控制方式下的頻率控制信號以及不同頻率控制方式下的汽輪機閥門開度參考值的信號、具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號和汽輪機快速降負荷信號至核島的反應堆控制棒系統,以使其進行核島側的頻率控制。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制方法中,所述通過頻率貢獻的方式調節機組頻率具體包括: 
電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,獲取操縱員手動給定的目標轉速; 
將所述目標轉速經升速率和熱應力控制的限制得到轉速設定值; 
計算實測轉速與所述轉速設定值的轉速偏差; 
根據所述轉速偏差計算蒸汽流量補償值; 
將所述蒸汽流量補償值加到不同模式下所計算出的蒸汽需求量上,得到有效蒸汽需求量; 
根據所述有效蒸汽需求量修正汽輪機閥門開度參考值,以改變機組發電功率,實現頻率的調節。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制方法中,所述通過頻率控制的方式調節機組頻率具體包括: 
電網負荷變化引起汽輪機頻率波動時,獲取給定的目標負荷; 
將所述目標負荷經升負荷速率和熱應力控制的限制獲得汽輪機的負荷參考值; 
根據所述轉速偏差計算對應的負荷修正值; 
將所述負荷修正值與所述負荷參考值進行疊加形成負荷設定值; 
獲取機組的實際發電功率,計算所述負荷設定值與所述實際負荷的差值,并經過比例積分控制運算形成有效蒸汽需求量; 
將包括所述蒸汽需求量的信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后修正汽輪機閥門開度參考值以控制閥門的開度,改變機組的出力,直至頻率恢復正常。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制方法中,所述給定的目標負荷為主控室的操縱員或者中心調度所給定。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制方法中,還包括步驟: 
在電網頻率變化或者電網負荷變化引起汽輪機頻率變化時,判斷汽輪機頻率變化是否在預設的頻率死區內,若是,則禁止通過頻率貢獻的方式或者頻率控制的方式調節機組頻率,若否,則按照功頻特性曲線調節機組頻率。 
本發明解決其技術問題所采用的另一技術方案是: 
提供一種核電廠機組頻率的控制系統,包括: 
負荷控制模式判斷單元,用于判斷核電廠機組的負荷控制模式,所述負荷控制模式包括基本負荷控制模式、自動負荷控制模式、具有調頻功能的負荷控制器回路模式和中心調度所負荷控制模式; 
頻率貢獻方式調節單元,用于若核電廠機組在所述基本負荷控制模式或者所述自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率; 
頻率控制方式調節單元,用于若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式或中心調度所負荷控制模式下運行,且電網負荷變化引起頻率波 動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率; 
信號發送模塊,用于發送頻率貢獻方式下的頻率貢獻信號、頻率控制方式下的頻率控制信號以及不同頻率控制方式下的汽輪機閥門開度參考值的信號、具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號和汽輪機快速降負荷信號至核島的反應堆控制棒系統,以使其進行核島側的頻率控制。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制系統中,所述頻率貢獻方式調節單元具體包括: 
目標轉速獲取單元,用于電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,獲取操縱員手動給定的目標轉速; 
轉速信號處理單元,用于將所述目標轉速經升速率和熱應力控制的限制獲得轉速設定值; 
轉速偏差計算單元,用于計算實測轉速與所述轉速設定值的轉速偏差; 
蒸汽流量補償值計算單元,用于根據所述轉速偏差計算蒸汽流量補償值; 
有效蒸汽需求量獲得單元,用于將所述蒸汽流量補償值加到不同模式下所計算出的蒸汽需求量上,得到有效蒸汽需求量; 
汽輪機閥門開度參考值修正單元,用于根據所述有效蒸汽需求量修改正汽輪機閥門開度參考值,以改變機組發電功率,實現頻率的調節。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制系統中,所述頻率控制方式調節單元具體包括: 
目標負荷獲取單元,用于電網負荷變化引起汽輪機頻率波動時,獲取給定的目標負荷; 
負荷信號處理單元,用于將所述目標負荷經升負荷速率和熱應力控制的限制獲得汽輪機的負荷參考值; 
負荷修正值計算單元,用于根據所述轉速偏差計算對應的負荷修正值; 
有效蒸汽需求量計算單元,用于獲取機組的實際發電功率,計算所述負荷設定值與所述實際負荷的差值,并經過比例積分控制運算形成有效蒸汽需求量; 
汽輪機閥門開度指令生成單元,用于將包括所述蒸汽需求量的信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后生成汽輪機閥門開度指令以控制閥門的開度,改變機組的出力,直至頻率恢復正常。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制系統中,所述給定的目標負荷為主控室的操縱員或者中心調度所給定。 
本發明所述的核電廠機組頻率的控制系統中,該控制系統還包括頻率死區控制單元,用于在電網頻率變化或者電網負荷變化引起汽輪機頻率變化時,判斷汽輪機頻率變化是否在預設的頻率死區內,若是,則禁止通過頻率貢獻的方式或者頻率控制的方式調節機組頻率,若否,則按照功頻特性曲線調節機組頻率。 
本發明產生的有益效果是:本發明通過汽輪機側及核島側的頻率進行合理控制,解決了核電機組參與電網頻率控制的技術難題,在保證核電機組在參與電網頻率控制的同時保證了機組的安全穩定運行。 
進一步地,通過設置合理的調頻死區參數,投入適當容量的頻率控制,既保證機組安全穩定的運行,又保證電網頻率變化在允許的范圍之內。 
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明,附圖中: 
圖1是本發明實施例核電廠機組頻率的控制方法的流程意圖; 
圖2是本發明實施例通過頻率貢獻的方式調節機組頻率具體流程圖; 
圖3是本發明實施例通過頻率控制的方式調節機組頻率具體流程圖; 
圖4是本發明實施例汽輪機側頻率的控制方法的控制邏輯圖; 
圖5是本發明實施例核島側頻率控制功能的控制邏輯圖; 
圖6是本發明實施例核電廠機組頻率的控制系統的結構示意圖。 
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下結合附圖及 實施例,對本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明,并不用于限定本發明。 
本發明實施例主要針對壓水堆核電廠的運行特點,研究頻率控制在核電廠中的實現方法。 
汽輪機并網以后機組頻率和電網頻率是一致的(均為50HZ),當電網負荷(用電)與機組實際發電負荷(發電)不匹配時會造成電網頻率變化,具體關系是有一定的函數關系。由于在網機組的總發電功率與接網總負荷的不匹配將造成電網頻率的波動,若接網負荷大于在網機組總發電功率,將造成電網頻率下降,反之增加。要維持電網頻率值不變,就要求在網機組自動或手動改變向電網輸送的有功功率來平衡功率與負荷,即頻率的控制。 
核電廠機組的頻率控制功能是通過汽輪機調節系統(GRE)和反應堆控制棒系統(RGL)來實現的。頻率控制功能在核電廠機組中有兩種實現方式:頻率貢獻和頻率控制。頻率貢獻是指在手動控制模式下,利用調速系統特性,調節汽輪機調門的開度,利用轉速偏差來計算需要補償的蒸汽量,直接補償蒸汽需求量。頻率控制是將電網頻率偏差計算出來的電功率量加到機組的負荷參考值上,通過改變汽輪機組的發電功率來保證電網頻率的穩定。核電廠機組通過設置頻率死區來避免因電網負荷的微小波動引起的機組連續動作,以保證核電機組的穩定運行。 
當機組沖轉到即將達到機組額定轉速時(約99.3%),同步器將機組并上電網,機組即進入了負荷控制模式。負荷控制模式分為四種:基本負荷控制BC、自動負荷控制AC、具有調頻功能的負荷控制器回路方式(load controlleron)和中心調度所負荷控制方式(master load control)。 
如圖1所示,本發明實施例核電廠機組頻率的控制方法,主要由汽輪機調節系統(GRE)中的機組頻率的控制系統實現,具體包括以下步驟: 
S1、判斷核電廠機組的負荷控制模式,負荷控制模式包括基本負荷控制模式、自動負荷控制模式、具有調頻功能的負荷控制器回路模式和中心調度所負荷控制模式;其中,中心調度所模式下頻率控制方式和具有調頻功能的 負荷控制器回路模式下的調頻方式是一樣的,區別在于調度所模式下目標負荷由調度給定。 
S2、若核電廠機組在基本負荷控制模式或者自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率; 
S3、若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式或中心調度所負荷控制模式下運行,且電網負荷變化引起頻率波動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率; 
S4、發送頻率貢獻方式下的頻率貢獻信號、頻率控制方式下的頻率控制信號以及不同頻率控制方式下的汽輪機閥門開度參考值的信號、具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號和汽輪機快速降負荷信號至核島的反應堆控制棒系統,以使其進行核島側的頻率控制。 
本發明的一個實施例中,如圖2所示,步驟S2中通過頻率貢獻的方式調節機組頻率具體包括: 
S21、電網頻率變化引起汽輪機頻率變化時,獲取操縱員手動給定的目標轉速; 
S22、將目標轉速經升速率和熱應力控制的限制得到轉速設定值;可通過預先設置的函數進行信號處理后得到轉速設定值。 
S23、計算實測轉速與轉速設定值的轉速偏差; 
S24、根據轉速偏差計算蒸汽流量補償值; 
S25、將蒸汽流量補償值加到不同模式下所計算出的蒸汽需求量上,得到有效蒸汽需求量;轉速偏差和汽輪機蒸汽需求量之間具有一定的函數關系,通過轉速偏差除以同步傾斜度就得到相應蒸汽需求量的值,可以百分比形式表示。 
S26、根據有效蒸汽需求量修正汽輪機閥門開度參考值,即生成汽輪機閥門開度控制指令,以改變機組發電功率,實現頻率的調節。 
本發明的一個實施例中,如圖3所示,步驟S3中通過頻率控制的方式調節機組頻率具體包括: 
S31、電網負荷變化引起汽輪機頻率波動時,獲取給定的目標負荷; 
S32、將目標負荷經升負荷速率、熱應力控制的限制以及預設的負荷信號處理獲得汽輪機的負荷參考值; 
S33、根據轉速偏差計算對應的負荷修正值; 
S34、將負荷修正值與負荷參考值進行疊加形成負荷設定值; 
S35、獲取機組的實際發電功率,計算負荷設定值與實際負荷的差值,并經過比例積分控制運算形成有效蒸汽需求量; 
S36、將包括蒸汽需求量的信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后修正汽輪機閥門開度參考值以控制閥門的開度,即生成汽輪機閥門開度控制指令,改變機組的出力,直至頻率恢復正常。 
在本發明實施例中,給定的目標負荷為主控室的操縱員或者中心調度所給定。中心調度所通過實時監控電網頻率變化,計算出電網負荷缺口,并給機組重新分配負荷,以實現電網頻率的無差調節。 
在核電廠頻率控制中,為了保證機組的穩定運行,設置了頻率死區,頻率死區是指機組轉速(頻率)變化在死區范圍內時,機組的頻率控制不動作,以保證機組的穩定性;當機組轉速(頻率)變化超出了死區范圍,頻率控制按照功頻特性曲線動作。機組在負荷控制模式下,汽輪機側頻率控制功能一直存在且無法切除。但頻率死區可以由操縱員通過主控室畫面進行投切。 
頻率死區的選擇需要和所在電網談判決定,從電網的角度看,是希望盡量不設死區,但對于機組來說頻率死區越大越好,故需在機組控制能力、設備能力及經濟性方面綜合考慮得到,頻率死區即為一個限制函數。 
因為設置了頻率死區,本發明實施例的方法還包括步驟: 
在電網頻率變化或者電網負荷變化引起汽輪機頻率變化時,判斷汽輪機頻率變化是否在預設的頻率死區內,若是,則禁止通過頻率貢獻的方式或者頻率控制的方式調節機組頻率,若否,則按照功頻特性曲線調節機組頻率。 
如圖4所示,為汽輪機側頻率的控制方法的控制邏輯圖。機組在基本負荷控制模式BC或者自動負荷控制模式AC下運行時,當電網頻率變化引起汽 輪機轉速變化時,機組要通過頻率貢獻的方式調節機組頻率,目標轉速由操縱員手動給定,經升速率、熱應力控制的限制經轉速信號處理單元形成轉速設定值,實測轉速與轉速設定值的偏差通過調速系統的調差作用(頻率貢獻單元),得到有效蒸汽流量補償值(頻率貢獻信號)加到BC負荷設定值計算的蒸汽需求量上(或者當AC負荷控制條件滿足時,AC負荷控制投入,AC負荷控制模式下操縱員設置的負荷定值計算的蒸汽需求量上)得到有效蒸汽需求量,來修正汽輪機閥門開度,并從而改變機組發電功率,實現頻率的調節。 
在具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號有效情況下,調頻功能通過頻率控制方式實現,投入頻率控制功能來補償因電網負荷變化引起的頻率波動,補償的物理量為電功率量。如圖1下半部分所示。此時,目標負荷經升負荷速率、熱應力控制的限制形成汽輪機的負荷參考值,頻率控制時頻率(轉速)篇差計算出的負荷修正值:頻率控制信號(通過頻率控制單元輸出)與負荷參考值進行疊加形成負荷設定值,負荷設定值與實際負荷(機組的實際發電功率)的差值經過PI運算形成有效蒸汽需求量,蒸汽需求量信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后作為汽輪機閥門開度指令控制閥門的開度,從而改變機組的出力,直至頻率恢復正常。 
反應堆控制的基本目的是使一回路產生的熱功率與二回路所吸收的熱功率相等,這就要求反應堆功率的變化必須跟蹤電網負荷變化,但同時應避免跟蹤電網負荷變化時控制棒的移動過于頻繁而造成堆芯功率分布不均。為了滿足上述需求,目前壓水堆核電采用負荷跟蹤(G模式)的運行方式,反應堆G模式通過調節功率棒和溫度調節棒(R棒)以及調節慢化劑硼酸濃度實現對反應性的控制。 
在汽輪機側參與了電網調頻時,反應堆側需要同時動作,反應堆側的調頻死區設置要比汽輪機側要大,以防止功率棒的頻繁動作,并且在大的電網頻率擾動時,兩個頻率控制信號由控制室內的兩個手動開關進行切除,以切除反應堆調頻功能,以保證核電廠的穩定及安全。 
核島側與汽輪機側同步進行頻率控制時,汽輪機側需要將汽輪機負荷參 考值、負荷控制器回路投入信號、頻率貢獻信號、頻率控制信號、汽輪機閥門開度參考值信號及汽輪機快速降負荷信號,快速降負荷信號是汽輪機側發給核島的一個指令信號送至核島反應堆控制棒系統RGL。因故障等原因,汽輪機組要降低目前所發的電功率,這時需要把這個信號發送核島,核島側也要采取措施使核島側產生的熱功率與汽輪機需要的熱功率一致。 
圖5為核島側頻率控制功能的控制邏輯。圖5中f(x1)及f(x2)是函數發生器,分別為頻率貢獻信號及頻率控制信號設置頻率死區。頻率死區的設置會考慮核島側的安全設置死區,這個頻率死區要比汽輪機側的還要大,以盡量減少核島控制棒的動作為依據。核島側的頻率控制方式通過具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號的作用進行頻率貢獻方式和頻率控制方式的切換。負荷控制器回路投入信號一個切換的條件,當具有調頻功能的負荷控制器回路未投入時,反應堆控制棒系統RGL通過頻率貢獻方式進行調頻;當具有調頻功能的負荷控制器回路投入時,反應堆控制棒系統RGL通過頻率控制方式進行調頻;頻率貢獻信號補償的是蒸汽流量,頻率控制信號補償的是電功率量。 
但當汽輪機快速降負荷信號來時,將切斷核島側的調頻功能,核島直接跟蹤閥門開度。 
本發明實施例核電廠機組頻率的控制系統,其屬于汽輪機調節系統(GRE)如圖6所示,包括: 
負荷控制模式判斷單元10,用于判斷核電廠機組的負荷控制模式,負荷控制模式包括基本負荷控制模式、自動負荷控制模式、具有調頻功能的負荷控制器回路模式和中心調度所負荷控制模式; 
頻率貢獻方式調節單元20,用于若核電廠機組在基本負荷控制模式或者自動負荷控制模式下運行,且電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,通過頻率貢獻的方式調節機組頻率; 
頻率控制方式調節單元30,用于若核電廠機組在具有調頻功能的負荷控制器回路模式或中心調度所負荷控制模式下運行,且電網負荷變化引起頻率 波動時,通過頻率控制的方式調節機組頻率; 
信號發送模塊40,用于發送頻率貢獻方式下的頻率貢獻信號、頻率控制方式下的頻率控制信號以及不同頻率控制方式下的汽輪機閥門開度參考值的信號、具有調頻功能的負荷控制器回路投入信號和汽輪機快速降負荷信號至核島的反應堆控制棒系統,以使其進行核島側的頻率控制。 
本發明實施例的核電廠機組頻率的控制系統中,頻率貢獻方式調節單元20具體包括: 
目標轉速獲取單元,用于電網頻率變化引起汽輪機轉速變化時,獲取操縱員手動給定的目標轉速; 
轉速設定值獲得單元,用于將目標轉速經升速率和熱應力控制獲得轉速設定值; 
轉速偏差計算單元,用于計算實測轉速與轉速設定值的轉速偏差; 
蒸汽流量補償值計算單元,用于根據轉速偏差計算蒸汽流量補償值; 
有效蒸汽需求量獲得單元,用于將蒸汽流量補償值加到不同模式下所計算出的蒸汽需求量上,得到有效蒸汽需求量; 
汽輪機閥門開度參考值修正單元,用于根據有效蒸汽需求量修改正汽輪機閥門開度參考值,以改變機組發電功率,實現頻率的調節。 
本發明實施例的核電廠機組頻率的控制系統中,頻率控制方式調節單元30具體包括: 
目標負荷獲取單元,用于電網負荷變化引起汽輪機頻率波動時,獲取給定的目標負荷;本發明的一個實施例中,給定的目標負荷為主控室的操縱員或者中心調度所給定。 
負荷信號處理單元,用于將目標負荷經升負荷速率和熱應力控制的限制獲得汽輪機的負荷參考值; 
負荷修正值計算單元,用于根據轉速偏差計算對應的負荷修正值; 
有效蒸汽需求量計算單元,用于獲取機組的實際發電功率,計算負荷設定值與實際負荷的差值,并經過比例積分控制運算形成有效蒸汽需求量; 
汽輪機閥門開度指令生成單元,用于將包括蒸汽需求量的信號經過蒸汽流量限制和壓力限制后生成汽輪機閥門開度指令以控制閥門的開度,改變機組的出力,直至頻率恢復正常。 
進一步地,本發明實施例核電廠機組頻率的控制系統還包括頻率死區控制單元(圖中未示出),用于在電網頻率變化或者電網負荷變化引起汽輪機頻率變化時,判斷汽輪機頻率變化是否在預設的頻率死區內,若是,則禁止通過頻率貢獻的方式或者頻率控制的方式調節機組頻率,若否,則按照功頻特性曲線調節機組頻率。 
本發明實施例通過汽輪機側及核島側頻率控制方案的設計,解決了核電機組參與電網頻率控制的技術難題,通過設置合理的調頻死區參數,投入適當容量的頻率控制,既保證機組安全穩定的運行,又保證電網頻率變化在允許的范圍之內。本發明對于電網調頻容量的選擇和調頻死區的設置具有重要的指導意義。 
應當理解的是,對本領域普通技術人員來說,可以根據上述說明加以改進或變換,而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。

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本文標題:一種核電廠機組頻率的控制方法及系統.pdf
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