[发明专利]一种AP1000堆芯解耦控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种AP1000堆芯解耦控制系统，其特征在于：包括和堆芯传递函数模型相连接的M棒控制系统、AO棒控制系统以及与M棒控制系统和AO棒控制系统连接的解耦控制系统，所述解耦控制系统也和堆芯传递函数模型相连接；所述堆芯传递函数模型向M棒控制系统反馈冷却剂平均温度和核功率两路信号，向AO棒控制系统反馈轴向功率分布信号，M棒控制系统向解耦控制系统输入M棒组移动棒位，AO棒控制系统向解耦控制系统输入AO棒组移动棒位，解耦控制系统将补偿后的M棒组移动棒位和AO棒组移动棒位输入堆芯传递函数模型。 

2.根据权利要求1所述的一种AP1000堆芯解耦控制系统，其特征在于：所述堆芯传递函数模型包括堆芯快模态双节点模型和堆芯慢模态双节点模型。 

3.根据权利要求1所述的一种AP1000堆芯解耦控制系统，其特征在于：所述解耦控制系统由解耦控制器模型和与其相连的两个加法器组成。 

4.权利要求1所述的AP1000堆芯解耦控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤： 

步骤1：建立堆芯模型，堆芯模型采用两节点模型，堆芯上半区为节点2，堆芯下半区为节点1，并将模型线性化处理，得到堆芯传递函数模型； 

步骤2：对M棒组和AO棒组的控制棒进行建模， 

对M棒组的控制棒进行建模，具体方法如下： 

将M棒控制系统的M棒组等效为一根控制棒，且该控制棒初始位置在堆芯中部，初始插入深度为214.76cm，即当该控制棒动作时，同时在堆芯上部及下部引入反应性；将该控制棒移动棒位与其引入的反应性近似成线性关系： 

ρ_M=b*M_P

式中： 

ρ_M——M棒组引入堆芯反应性/pcm； 

b——M棒组移动棒位及其引入堆芯反应性之间的系数/pcm·cm^-1； 

M_p——M棒组移动棒位/cm。 

对反应性重新分配，分别设计控制棒引入堆芯上部及下部的反应性，如下式所示： 

节点2范围内M棒组价值：ρ_M2=b₁₁*M_p

节点1范围内M棒组价值：ρ_M1=b₂₁*M_p

式中： 

ρ_M2——M棒组引入堆芯上部反应性/pcm； 

b₁₁——M棒组移动棒位及其引入堆芯上部反应性之间的系数/pcm·cm^-1； 

M_p——M棒组移动棒位/cm； 

ρ_M1——M棒组引入堆芯下部反应性/pcm； 

b₂₁——M棒组移动棒位与引入堆芯下部反应性之间的系数/pcm·cm^-1； 

对AO棒组的控制棒进行建模，具体方法如下： 

AO棒组初始插入深度为48.49cm，将AO棒组移动棒位与其引入的反应性近似成线性关系，设计AO棒组价值如下式所示： 

ρ_AO=b₁₂*AO_p

式中： 

ρ_AO——AO棒组引入堆芯反应性/pcm； 

b₁₂——AO棒组移动棒位与引入堆芯上部反应性之间的系数/pcm·cm^-1，取 

b₁₂=-6e-5； 

AO_p——AO棒组移动棒位/cm； 

步骤3：将步骤1所建立的堆芯模型和步骤2所建立的控制棒模型结合，得到以M棒组移动棒位和AO棒组移动棒位为输入变量，核功率和轴向功率分布为输出变量的堆芯传递函数模型，采用该堆芯传递函数模型在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真框图，进行负荷跟踪动态仿真；在负荷跟踪过程中，当功率发生变化时，由堆芯传递函数模型向M棒控制系统反馈冷却剂平均温度信号和核功率信号，通过M棒控制系统驱动M棒组动作，使M棒控制系统输出M棒组移动棒位，此时M棒组的动作对轴向功率的分布产生耦合影响，由堆芯传递函数模型向AO棒控制系统反馈轴向功率分布信号，通过AO棒控制系统驱动AO棒组动作，使AO棒控制系统输出AO棒组移动棒位，此时AO棒组的动作对核功率产生耦合影响，M棒组移动棒位和AO棒组移动棒位输入解耦控制系统，解耦控制系统通过对这两个信号进行补偿处理，从而实现两个棒组之间的解耦，即消除了M棒组动作时对轴向功率分布产生的耦合影响及AO棒组动作时对核功率产生的耦合影响，解耦控制系统将补偿后的M棒组移动棒位和AO棒组移动棒位输入堆芯传递函数模型，实现了堆芯的解耦控制。 

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：步骤1所述的建立堆芯模型及模型线性化处理过程为：首先建立堆芯慢模态双节点模型和快模态双节点模型，并采用微小摄动理论对堆芯慢模态双节点模型和快模态双节点模型进行线性化处理，推导出堆芯慢模态传递函数模型和快模态传递函数模型，以引入节点2、节点1反应性和冷却剂入口温度变化量为输入变量，以节点2、节点1功率相对值和冷却剂出口温度变化量为输出变量，组成一个3×3的传递函数矩阵并进行计算；最后利用pade降阶法对传递函数结果进行了降阶。