[发明专利]一种热管冷却反应堆电功率动态匹配方法及系统

说明书

本发明公开了一种热管冷却反应堆电功率动态匹配方法及系统，获得目标电功率所对应的核功率的稳态值，采用粗匹配和细匹配相结合的策略，对电功率控制系统输出的粗匹配信号和细匹配信号进行加权相加后作为内环控制系统的设定值，通过内环控制器输出控制棒反应性改变反应堆核功率，进而实现电功率调节。能够显著减小超调量，缩短调节时间，提供了更优的控制性能，提高了经济效益和安全性。

技术领域

本发明属于核反应堆控制技术领域，具体涉及一种热管冷却反应堆电功率动态匹配方法及系统。

背景技术

热管冷却反应堆简称热管堆，是指反应堆一回路系统不采用冷却剂回路式布置方式，而采用热管将堆芯产生的热量传导至二回路系统或热电转化装置的固态反应堆。热管堆具有固有安全性高、结构简单、运行压力低和易于模块化等特点，这些特点使其在深海、空间、星表等场景具有广阔的应用前景。

然而，热管堆是通过热管内部工质的蒸发、冷凝过程以及自然循环流动实现热能的传导，这一传热过程较为缓慢，使得位于堆芯处热管热端的热能传导至位于热电转化装置热端需要一定的时间，导致热管堆系统具有大滞后的特点，电功率无法快速响应控制棒反应性的变化。这一特点对热管堆电功率控制系统提出了挑战，若使用传统控制器，如串级控制器，其控制效果不甚理想，在缩短调节时间的同时，增大了超调量。

采用一种电功率动态匹配方法，在不增大超调量的前提下，提高电功率的响应速度，确保最大的经济效益和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种热管冷却反应堆电功率动态匹配方法及系统，内环的设定值能够根据核功率实际值与目标电功率对应的核功率稳态值的偏差值在粗匹配和细匹配之间进行过渡和切换，优化电功率调节过程，减小调节时间和超调量，提高热管堆系统的运行性能和稳定性，用于解决热管堆系统大滞后造成热管堆电功率调节时间长的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种热管冷却反应堆电功率动态匹配方法，包括以下步骤：

S1、离线构建数据库，在线更新数据库；

S2、根据电功率设定值从步骤S1在线更新的数据库中查询对应的核功率稳态值；

S3、将步骤S2得到的核功率稳态值作为粗匹配阶段的输入，根据目标电功率对应的核功率稳态值与核功率实际测量值之间的偏差值e，通过权重函数改变粗匹配信号和细匹配信号相应的权重系数，将粗匹配信号和细匹配信号的加权相加值作为核功率控制系统的设定值，随偏差值e减小，从粗匹配阶段经过渡阶段切换到细匹配阶段；

S4、内环核功率控制系统根据步骤S3得到的核功率控制系统设定值确定核功率误差值e’，输出控制棒反应性以调节堆芯的核功率，调节电功率达到目标电功率，完成热管冷却反应堆电功率动态匹配。

具体的，步骤S1中，根据不同电功率水平对应的核功率稳态值构建数据库，并根据实际核功率稳态值更新数据库中的数值。

具体的，步骤S3具体为：

在粗匹配阶段，粗匹配权重系数α＝1，细匹配权重系数β＝0，将步骤S2得到的核功率稳态值作为内环核功率控制系统的设定值，对核功率进行调节，使核功率达到对应的稳态值，带动电功率产生响应；

在过渡阶段，粗匹配权重系数α、细匹配权重系数β根据连续可导的权重函数f_α(e)、f_β(e)在0到1之间变化；

在细匹配阶段，粗匹配权重系数α＝0，细匹配权重系数β＝1，内环核功率调节系统的设定值由外环电功率控制系统提供，通过对电功率进行调节确保电功率达到负荷要求。