[发明专利]一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法

权利要求书

1.一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S1、基于高温气冷堆工作原理及运行特性，将其分解为多个子模块，包括堆芯中子动态模块、堆芯燃料温度模块、反射层温度模块、堆芯下腔室传热模块、堆芯上升通道传热模块、堆芯下降通道传热模块、堆芯出口联箱模块、氦风机模块、反应堆控制系统模块、旁路调节系统模块；

步骤S2、基于能量守恒定律，建立高温气冷堆各子模块微分方程数学模型；

步骤S3、基于步骤S2中建立的各子模块微分方程数学模型，在电力系统分析软件中，建立高温气冷堆的各子模块数学模型及整体系统自定义模型，确定自定义模型的输入量、输出量及模型参数，采用图形化编辑方式实现各子模块微分方程及限幅、限速功能，在基础数据库的发电机及其调节器窗口设置自定义模型参数，从而将高温气冷堆自定义模型通过调速器模型导入发电机模型，进而接入电力系统模型中，实现高温气冷堆核电机组和电力系统联合仿真计算的功能。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力系统分析的高温气冷堆仿真建模方法，其特征在于：所述步骤S2中，高温气冷堆各子模块微分方程数学模型如下：

所述堆芯中子动态模块，反应堆入口氦气压力恒定，氦气密度近似为常数，采用集总参数的等效单组缓发中子点堆动力学模型方程为

dNrdt=ρ-β1Nr+λC]]>

dCdt=βlNr-λC,β=Σi=16βi,λ=β/Σi=16βiλi]]>

ρ＝ρ_ext+ρ_fuel+ρ_feedback＝ρ_ext+(α_f+α_m)ΔT_F+α_rΔT_r

ρ_ext＝G_rz_r

式中：N_r为中子通量密度，与反应堆热功率近似存在线性关系；ρ为堆芯的反应性，ρ_ext为外部输入反应性、ρ_fuel为堆芯燃料反应性、ρ_feedback为温度反馈反应性；β为缓发中子组的总份额；β_i为第i组缓发中子有效份额；l为平均中子寿命；λ为等效缓发中子组的延时常数；λ_i为第i组缓发中子衰减时间常数；C为等效单组缓发中子先驱核密度；α_f为燃料温度反应性系数，α_m为慢化剂温度反应性系数；α_r是反射层温度反馈系数且为正值；T_F为燃料元件平均温度；T_r为反射层温度；G_r是控制棒微分价值；z_r是控制棒棒速；

所述堆芯燃料温度模块，考虑了燃料发热份额F_f，其数学方程为

dTFdt=1μc(1-ϵ5)[FfP0Nr-Ω5(TF-T5)-Ωcr(TF-Tr)]]]>

式中：μ表示总热容量；μ_c是燃料元件的总热容量；ε₅表示堆芯下降通道的体积空隙率；P₀是反应堆额定功率；Ω₅表示堆芯与下降通道传热系数，Ω_cr表示堆芯和反射层之间的传热系数；T₅为下降通道温度；

所述反射层温度模块数学方程为

dTrdt=1μr[Ωcr(TF-Tr)-Ω3(Tr-T3)]]]>

式中：μ_r表示反射层的热容量；T_r表示反射层温度；Ω₃表示上升通道与反射层之间传热系数，T₃表示堆芯上升通道的温度；

所述堆芯下腔室传热模块数学方程为

dT1dt=Minμ1(Tin-T1)]]>

式中：T₁表示下腔室温度，T_in表示堆芯入口冷氦温度；M_in表示下腔室氦气热容流率，等于氦气流量与氦气定压比热的乘积；μ₁表示下腔室热容量；

所述堆芯上升通道传热模块数学方程为

dT3dt=1μ3[M1(1-γ2)(T2-T3)+Ω3(Tr-T3)]]]>

式中：μ₃表示堆芯上升通道的热容量；M₁表示堆芯上升通道氦气热容流率；γ₂表示下部联箱向出口联箱的氦气泄漏率；T₂表示下部联箱温度；

所述堆芯下降通道传热模块数学方程为

dT5dt=1μ5ϵ5[M3(T3-T5)+Ω5(TF-T5)]]]>

式中：μ₅表示堆芯下降通道的热容量；M₃表示堆芯下降通道氦气热容流率；

所述堆芯出口联箱模块数学方程为

dT6dt=1μ6[M5(T5-T6)+M6γ2(T2-T6)]]]>

T_out＝T₆

式中：T_out表示出口氦气温度，T₆表示出口联箱温度；μ₆表示出口联箱的热容量；M₅表示下降通道氦气热容流率，M₆表示出口联箱氦气热容流率；

所述氦风机模块，考虑主氦风机提供一回路所需氦气的流量和压力升，假设主氦风机提供恒定工作压力，对氦气流量采用一阶惯性延迟模型，即

dGoutdt=1τ(Ggiv-Gout)]]>

式中：G_giv为主氦风机需求流量；G_out为主氦风机输出流量；τ为主氦风机惯性延迟时间常数。