高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置与流程

1.本公开实施例属于高温气冷堆自动控制技术领域，具体涉及一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置。


背景技术：

2.核功率控制系统国内为国内核电站首次应用，探索制定完善的调试方法和策略，采用可行的仿真验证试验，验证高温气冷堆示范工程关键系统设备调试方法的合理性和系统设备的可靠性，掌握关键系统设备的调试方法及其运行特性，圆满完成高温堆示范工程调试任务，保障高温堆示范工程安全可靠运行，助力高温堆的商业化推广，也为具有完全自主知识产权的高温气冷堆走向国际奠定了坚实基础。
3.由于高温气冷堆示范工程是一个多输入多输出的复杂大系统，各控制量与被调量之间都存在紧密的耦合关系，针对其控制过程的复杂特性，控制策略基于大系统递阶控制理论，形成具有功率分配控制层、协调控制层和局部控制侧三层递阶控制结构的协调控制系统，其协调控制策略至执行机构都是首次应用于工程实践，核功率控制系统的调试工作将是全新的挑战。
4.针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置。


技术实现要素：

5.本公开实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置。
6.本公开实施例的一方面提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法，所述方法包括：
7.对核功率控制器进行微分作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动；
8.根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线；
9.根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数；
10.对所述核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述核功率控制器的微分时间常数为所述目标微分时间常数；
11.根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线；
12.根据在不同比例增益下所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。
13.可选的，所述根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线，包括：
14.根据所述负反应性扰动，调整所述核功率控制器的微分时间常数，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述核功率控制系统在微分作用下的闭环动态响应曲线。
15.可选的，所述调整所述核功率控制器的微分时间常数，包括：
16.所述核功率控制器的微分时间常数的调整范围为0.5～5。
17.可选的，所述根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数，包括：
18.根据所述在微分作用下的闭环动态响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同微分时间常数中选择所述目标微分时间常数。
19.可选的，所述对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动，包括：
20.以最大速度插入补偿棒引入一个幅度范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动。
21.可选的，所述根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，包括：
22.根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，调整所述核功率控制器的比例增益，获得在不同所述比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述核功率控制系统在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线。
23.可选的，所述调整所述核功率控制器的比例增益，包括：
24.先将所述比例增益设定为一个较小值，并逐渐增大所述比例增益；其中，所述比例增益的调整范围为0.2～10。
25.可选的，所述根据所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益，包括：
26.根据在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同比例增益中选择所述目标比例增益。
27.可选的，所述过程状态变量包括控制棒传动机构驱动信号、各控制棒棒位、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率中的至少一者。
28.本公开实施例的另一方面提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真装置，所述装置包括：
29.第一设定模块，用于对核功率控制器进行微分作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动；
30.第一响应曲线获取模块，用于根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线；
31.第一选择模块，用于根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数；
32.第二设定模块，用于对所述核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对所
述核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述核功率控制器的微分时间常数为所述目标微分时间常数；
33.第二响应曲线获取模块，用于根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线；
34.第二选择模块，用于根据在不同比例增益下所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。
35.本公开实施例的高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置，在对核功率控制器的调试过程中，根据核功率控制系统各过程状态变量的闭环动态响应曲线得到目标微分时间常数和目标比例增益，通过目标微分时间常数和目标比例增益，在实际运行时实现对核功率的精准控制。本公开实施例可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制核功率控制系统的调节特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，使高温气冷堆可以根据调试结果进行安全可靠的运行。
附图说明
36.图1为本公开实施例中一实施例的一种高温气冷堆核功率控制系统的核功率控制器的工作流程示意图；
37.图2为本公开实施例中另一实施例的一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的流程示意图；
38.图3为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验微分作用下控制棒传动机构驱动信号仿真曲线；
39.图4为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验微分作用下核功率仿真曲线；
40.图5为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验微分作用下反应堆出口热氦温度仿真曲线；
41.图6为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验微分作用下蒸发器出口蒸汽温度仿真曲线；
42.图7为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验微分作用下输出热功率仿真曲线；
43.图8为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验比例作用和微分作用下控制棒传动机构驱动信号仿真曲线；
44.图9为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验比例作用和微分作用下核功率仿真曲线；
45.图10为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验比例作用和微分作用下反应堆出口热氦温度仿真曲线；
46.图11为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验比例作用和微分作用下蒸发器出口蒸汽温度仿真曲线；
47.图12为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统闭环试验比例作用和微分作用下输出热功率仿真曲线；
48.图13为本公开实施例中另一实施例中一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
49.为使本领域技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开实施例作进一步详细描述。
50.如图1示例性的说明了核功率控制器的工作流程，也就是核功率控制器自动控制的工作原理。具体地，核功率控制器输入一个核功率给定值，与测量值产生偏差，经过核功率控制器的微分和比例作用，核功率偏差信号控制控制棒动作，控制棒动作后，在反应堆堆芯内产生堆芯功率值变化，通过堆芯功率值变化产生核功率测量值，将核功率测量值反馈到核功率控制器，通过将核功率测量值与核功率给定值进行比较，产生核功率偏差信号，利用此核功率偏差信号对核功率控制器进行调节控制，使核功率测量值尽量接近核功率给定值，根据核功率测量值与核功率给定值之间的偏差实现核功率控制器的自动控制。
51.如图2所示，本公开实施例的一个方面提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法s100，所述方法s100包括：
52.s110、对核功率控制器进行微分作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动。
53.具体地，将核功率控制器置于自动调节状态，并通过将比例增益设置为0，也就是关闭比例作用，使核功率控制器只进行微分作用。
54.对核功率控制器进行微分作用后，对核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动。
55.优选地，对核功率控制器进行微分作用后，通过以最大速度插入补偿棒引入一个幅度范围为-10pcm的负反应性扰动，然后测量闭环回路的动态响应曲线。
56.s120、根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线。
57.具体地，在本实施例中，根据幅值为-10pcm的负反应性扰动，调整核功率控制器的微分时间常数，获得在不同微分时间常数下核功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到核功率控制系统在微分作用下的闭环动态响应曲线。
58.需要说明的是，在本实施例中，过程状态变量包括控制棒传动机构驱动信号、各控制棒棒位、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率。
59.需要进一步说明的是，核功率控制器的微分时间常数的调整范围为0.5～5。具体地，在本实施例中，微分时间常数d分别选择0.5、2.5和5。
60.也就是说，根据幅值为-10pcm的负反应性扰动，调整核功率控制器的微分时间常数，获得在微分时间常数d分别为0.5、2.5和5下，核功率控制系统中控制棒传动机构驱动信号、各控制棒棒位、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率这些过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到核功率控制系统在微分作用下的闭环动态响应曲线。
61.s130、根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数。
62.具体地，在本步骤中，比较和分析在不同微分时间常数下的在微分作用下各过程状态变量的闭环动态响应曲线，可使用人眼观察或参数对照的方法比较和分析响应曲线，从而根据比较和分析的结果，找到性能最好的响应曲线，将该响应曲线对应的微分时间常数作为目标微分时间常数。
63.需要说明的是，在比较和分析过程中，可根据单一的过程状态变量的响应曲线进行比较和分析，也可以结合多个过程状态变量的响应曲线进行比较和分析。
64.示例性的，根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数，具体包括：
65.根据在微分作用下的闭环动态响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同微分时间常数中选择目标微分时间常数。进一步具体地，在比较和分析在不同微分时间常数下的在微分作用下的闭环动态响应曲线时，选择振荡小、稳定时间短、偏差小的响应曲线。也就是说，选择一个既使过渡过程超调量和稳定时间尽可能小，又使偏差最小的微分时间常数。也就是说，选择一个最优微分时间常数。
66.在本实施例中，扰动为施加-10pcm的负反应性，比例增益为0，微分时间常数d分别为d＝0.5、d＝2.5和d＝5，依次对控制棒传动机构驱动信号、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，d＝2.5时较合适，曲线整体最平稳。也就是说，目标微分时间常数为d＝2.5。
67.通过目标微分时间常数，可以在核功率控制器实际运行时实现对核功率的精准控制，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动。
68.s140、对所述核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述核功率控制器的微分时间常数为所述目标微分时间常数。
69.具体地，采用目标微分时间常数为核功率控制器的微分时间常数，将比例增益设定成一个较小值，也就是说，对核功率控制器分别进行微分作用和比例作用。然后对核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，核功率设定值的正阶跃扰动信号可以引起控制棒步进电机转速升高，核功率设定值的负阶跃扰动信号可以引起控制棒步进电机转速降低。测量回路的响应曲线，并逐渐增大比例增益。
70.s150、根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线。
71.具体地，根据幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，调整核功率控制器的比例增益，获得在不同比例增益下核功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到核功率控制系统在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线。优选的，在本实施例中，施加幅值为0.3％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号。
72.需要说明的是，在本实施例中，过程状态变量包括控制棒传动机构驱动信号、各控制棒棒位、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率。
73.需要进一步说明的是，调整核功率控制器的比例增益的过程包括：先将比例增益设定为一个较小值，并逐渐增大比例增益，以加快测量值向设定值的收敛速度，消除偏差。
74.其中，比例增益的调整范围为0.2～10，在本实施例中，比例增益p的值依次设置为
0.2、2、5和10。比例增益的调整范围为0.2～10，一方面可以加快测量值向设定值的收敛速度，消除偏差，另一方面可以避免增益过大所引发的振荡和闭环回路不稳定。
75.也就是说，根据幅值为0.3％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，调整核功率控制器的比例增益，获得在比例增益分别为0.2、2、5和10时核功率控制系统中控制棒传动机构驱动信号、各控制棒棒位、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率这些过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到核功率控制系统在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线。
76.s160、根据在不同比例增益下所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。
77.具体地，在本步骤中，比较和分析在不同比例增益下核功率控制系统在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线时，可使用人眼观察或参数对照的方法比较和分析响应曲线，从而根据比较和分析的结果，找到性能最好的响应曲线，将该响应曲线对应的比例增益作为目标比例增益。
78.需要说明的是，在比较和分析过程中，可根据单一的过程状态变量的响应曲线进行比较和分析，也可以结合多个过程状态变量的响应曲线进行比较和分析。
79.示例性的，所述根据所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益，具体包括：
80.根据在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同比例增益中选择目标比例增益。进一步具体地，在比较和分析在不同比例增益下的在在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线时，选择振荡小、稳定时间短、偏差小的响应曲线。也就是说，选择一个既使过渡过程超调量和稳定时间尽可能小，又使偏差最小的比例增益。也就是说，选择一个最优比例增益。
81.在本实施例中，施加幅值为0.3％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，比例增益分别为p＝0.2、p＝2、p＝5和p＝10，微分时间常数为d＝2.50，依次对控制棒传动机构驱动信号、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，综合数据分析p＝2，d＝2.5时较合适，曲线整体最平稳。
82.通过目标比例增益，可以在核功率控制器实际运行时实现对核功率的精准控制，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动。
83.示例性的，在本实施例中，图3至图7为一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统在微分作用下的仿真曲线图，图3至图7中，参数的设置包括：
84.以100％rfp功率水平试验为例，核功率控制系统闭环试验：
85.扰动为施加-10pcm的负反应性；
86.比例作用的比例增益为0，微分作用的微分时间常数分别为d＝0.5；d＝2.5；d＝5；
87.依次截取核功率控制系统各过程状态变量控制棒传动机构驱动信号、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率的仿真结果。其中，图3至图7分别为在不同的微分时间常数下，上述过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线。
88.如图3所示，施加-10pcm的负反应性，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作，从曲线得出，微分作用越强，相应控制棒动作幅度越大，克服扰动动作时间越快，但过强的微分参数，会造成系统的振荡，考虑该参数是否合适，
需参照核功率曲线一起分析。
89.如图4所示，施加-10pcm的负反应性，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作，微分作用越强，则相应控制棒动作幅度越大，从曲线可以看出，微分作用强，核功率测量值响应越快，偏离核功率设定值的范围越小，即抑制核功率降低的效果就越明显，结合考虑核功率测量值回归核功率设定值的超调量，当微分时间常数d＝2.5时，该参数较合适，施加扰动后的核功率测量值下降持续时间较短，且回调进入稳定状态较快。
90.如图5所示，施加-10pcm的负反应性，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作，从曲线可以看出，微分作用越强，热氦温度下降越缓慢，当微分时间常数d＝2.5时，曲线整体最平稳，且进入稳定工况最快，稳定后的热氦温度与核功率趋势一样，都有小幅度下降。
91.如图6所示，施加-10pcm的负反应性，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作，从曲线可以看出，微分作用越强，蒸发器出口蒸汽温度下降越缓慢，微分时间常数d＝2.5时，曲线整体最平稳，且进入稳定工况最快，稳定后的蒸发器出口蒸汽温度与核功率趋势一样，都有小幅度下降。
92.如图7所示，施加-10pcm的负反应性，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作，从曲线可以看出，微分作用越强，输出热功率下降越缓慢，微分时间常数d＝2.5时，曲线整体最平稳，且进入稳定工况最快，稳定后的输出热功率与核功率趋势一样，都有小幅度下降。
93.综上所示，扰动为施加-10pcm的负反应性；比例作用的比例增益为0，微分作用的微分时间常数分别为d＝0.5、d＝2.5和d＝5，依次对控制棒传动机构驱动信号、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析，微分时间常数d＝2.5时较合适，曲线整体最平稳。
94.需要说明的是，本实施例中的仿真验证仅为举例说明，也就是说，实验参数的选择和分析的过程均为举例说明，并不限制仿真验证仅能使用上述方法。
95.示例性的，在本实施例中，图8至图12为一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法的核功率控制系统在比例作用和微分作用下的仿真曲线图，图8至图12中，参数的设置包括：
96.以100％rfp功率水平试验为例，核功率控制系统闭环试验：
97.扰动为施加0.3％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号；
98.比例作用的比例增益分别为p＝0.2、p＝2、p＝5和p＝10，微分作用的微分时间常数为d＝2.5；
99.依次截取控制棒传动机构驱动信号、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率仿真结果。其中，图8至图12分别为在不同的比例增益下，上述过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线。
100.如图8所示，施加0.3％的核功率设定值阶跃扰动信号，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作，从曲线得出，微分作用固定，比例作用越强，相应控制棒动作幅度越大，比例作用过大会引起系统的振荡，考虑该参数是否合适，需参照核功率曲线一起分析。与纯微分状态比较，控制棒动作明显更为合理，且稳定时
间更短。
101.如图9所示，施加0.3％的核功率设定值阶跃扰动信号，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，控制棒上提动作。从曲线得出，微分作用固定，比例作用越强，核功率测量值响应越快，偏离核功率设定值的范围越小，结合考虑核功率测量值回归核功率设定值的超调量，当比例增益p＝2时，振荡相对最小，回调时间合适，且稳定时间更短。比例增益p＝0.2时，施加扰动后的核功率测量值调节幅度过小，不满足调节需求。比例增益p过大时，系统出现大幅度振荡，不利于稳定、安全。
102.如图10所示，施加0.3％的核功率设定值阶跃扰动信号，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，热氦温度同时随着降低，比例作用过小，热氦温度进入稳定的时间较长；比例作用合适，热氦温度进入稳定的时间较短，且稳定后参数整体平稳。
103.如图11所示，施加0.3％的核功率设定值阶跃扰动信号，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，蒸发器出口蒸汽温度同时随着降低，比例作用过小，蒸汽温度进入稳定的时间较长；比例作用合适，蒸汽温度进入稳定的时间较短，且稳定后参数整体平稳。
104.如图12所示，施加0.3％的核功率设定值阶跃扰动信号，核功率测量值会低于核功率设定值，随着核功率测量值的降低，输出热功率同时随着降低，比例作用过小，输出热功率进入稳定的时间较长；比例作用合适，输出热功率进入稳定的时间较短，且稳定后参数整体平稳。
105.综上所示，扰动为施加0.3％的核功率设定值阶跃扰动信号；比例作用的比例增益分别为p＝0.2；p＝2；d＝5；d＝10，微分作用的微分时间常数为d＝2.5；依次对控制棒传动机构驱动信号、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度、输出热功率进行仿真，综合数据分析比例增益p＝2，微分时间常数d＝2.5时较合适，曲线整体最平稳。该扰动下，比例作用和微分作用下相较于微分作用下，响应时间更快，控制棒动作幅度更小、更精准。也就是说，目标微分时间常数为2.5，目标比例增益为2，能够更好地对核功率控制系统进行控制，能够更准确地控制高温气冷堆的有效运行。
106.需要说明的是，本实施例中的仿真验证仅为举例说明，也就是说，实验参数的选择和分析的过程均为举例说明，并不限制仿真验证仅能使用上述方法。
107.本公开实施例的高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法，在对核功率控制器的调试过程中，根据核功率控制系统各过程状态变量的闭环动态响应曲线得到目标微分时间常数和目标比例增益，通过目标微分时间常数和目标比例增益，在高温气冷堆示范工程这样的一个多输入多输出的复杂大系统中，根据各控制量与被调量之间存在的耦合关系建立调试关系，从而使得调试得到的结果能够符合高温气冷堆复杂的控制过程，在实际运行时实现对核功率的精准控制。本公开实施例可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制核功率控制系统的调节特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，使高温气冷堆可以根据调试结果进行安全可靠的运行。
108.如图13所示，本公开实施例的另一方面提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真装置100，所述装置100包括：
109.第一设定模块110，用于对核功率控制器进行微分作用，并对核功率控制器施加幅
值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动。具体地，第一设定模块110对核功率控制器施加幅值范围为-10pcm的负反应性扰动。
110.第一响应曲线获取模块120，用于根据负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线。
111.第一选择模块130，用于根据在不同微分时间常数下在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数。
112.第二设定模块140，用于对核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述核功率控制器的微分时间常数为所述目标微分时间常数。具体地，第二设定模块140对核功率控制器施加幅值为0.3％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号。
113.第二响应曲线获取模块150，用于根据核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线。
114.第二选择模块160，用于根据在不同比例增益下述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。
115.本公开实施例的高温气冷堆核功率控制系统的仿真装置，在对核功率控制器的调试过程中，根据核功率控制系统各过程状态变量的闭环动态响应曲线得到目标微分时间常数和目标比例增益，通过目标微分时间常数和目标比例增益，在高温气冷堆示范工程这样的一个多输入多输出的复杂大系统中，根据各控制量与被调量之间存在的耦合关系建立调试关系，从而使得调试得到的结果能够符合高温气冷堆复杂的控制过程，在实际运行时实现对核功率的精准控制。本公开实施例可以提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制核功率控制系统的调节特性，避免了工程实际应用时为机组频繁引入扰动，使高温气冷堆可以根据调试结果进行安全可靠的运行。
116.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开实施例的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开实施例并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开实施例的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开实施例的保护范围。

技术特征：
1.一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：对核功率控制器进行微分作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动；根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线；根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数；对所述核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述核功率控制器的微分时间常数为所述目标微分时间常数；根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线；根据在不同比例增益下所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线，包括：根据所述负反应性扰动，调整所述核功率控制器的微分时间常数，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述核功率控制系统在微分作用下的闭环动态响应曲线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整所述核功率控制器的微分时间常数，包括：所述核功率控制器的微分时间常数的调整范围为0.5～5。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数，包括：根据所述在微分作用下的闭环动态响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同微分时间常数中选择所述目标微分时间常数。5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动，包括：以最大速度插入补偿棒引入一个幅度范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动。6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，包括：根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，调整所述核功率控制器的比例增益，获得在不同所述比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量从初始到稳态的闭环动态响应曲线，以得到所述核功率控制系统在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整所述核功率控制器的比例增益，包括：先将所述比例增益设定为一个较小值，并逐渐增大所述比例增益；其中，所述比例增益
的调整范围为0.2～10。8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益，包括：根据在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线的振荡大小、稳定时间短长短和偏差大小中的至少一者，在各不同比例增益中选择所述目标比例增益。9.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述过程状态变量包括控制棒传动机构驱动信号、各控制棒棒位、核功率、反应堆出口热氦温度、蒸发器出口蒸汽温度和输出热功率中的至少一者。10.一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真装置，其特征在于，所述装置包括：第一设定模块，用于对核功率控制器进行微分作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为-15pcm～-5pcm的负反应性扰动；第一响应曲线获取模块，用于根据所述负反应性扰动，获得在不同微分时间常数下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线；第一选择模块，用于根据在不同微分时间常数下所述在微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数；第二设定模块，用于对所述核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对所述核功率控制器施加幅值范围为0.1％～0.5％的核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，其中，所述核功率控制器的微分时间常数为所述目标微分时间常数；第二响应曲线获取模块，用于根据所述核功率设定值的负/正阶跃扰动信号，获得在不同比例增益下所述核功率控制系统各过程状态变量在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线；第二选择模块，用于根据在不同比例增益下所述在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。

技术总结
本公开实施例提供一种高温气冷堆核功率控制系统的仿真方法及装置，该方法包括：对核功率控制器进行微分作用，并对核功率控制器施加负反应性扰动；获得核功率控制系统各过程状态变量在微分作用下的闭环动态响应曲线；根据微分作用下的闭环动态响应曲线，选择目标微分时间常数；对核功率控制器分别进行微分作用和比例作用，并对核功率控制器施加核功率设定值的扰动信号，选择微分时间常数为目标微分时间常数；获得在微分作用和比例作用下闭环动态响应曲线；根据在微分作用和比例作用下的闭环动态响应曲线，选择目标比例增益。本方法可提前仿真验证全厂功率自动控制与调节系统控制核功率控制系统的调节特性，避免工程实际应用时为机组频繁引入扰动。为机组频繁引入扰动。为机组频繁引入扰动。


技术研发人员：程鹏 叶林 孟强 王琛翔 雷川 张智军 刘燕 房俊生
受保护的技术使用者：华能山东石岛湾核电有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/24