JPS6032427B2

JPS6032427B2 - 系統運転配分方法

Info

Publication number: JPS6032427B2
Application number: JP52096012A
Authority: JP
Inventors: 正治羽生; 孝生秋山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1985-07-27
Also published as: JPS5430436A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ＢＷＲ型原子力発電所等の原子力発電所と他
の火力発電所又は水力発電所を含む系統に対する出力変
更要求に完全に追従できるようにしてなる系統運転配分
方法に関する。

原子力発電所は、経済的な面、電力安定供給の面から、
基底負荷運転とする場合が多いが、原子力発電の全電力
系統に占める割合が増大するにつれ、系統運用の立場よ
り原子力発電も負荷追従が要請される。

ＢＷＲ型原子力発電所の特徴は、出力変更手段として制
御棒による原子炉反応度制御の他に、減速材の状態変化
を利用して出力を変更する再循環流量制御系（炉心流量
を制御する）を有することである。この再循環流量制御
系を用いた、減速材の状態変化による出力変更プロセス
を説明する。再循環流量の増大（減少）は、炉心流量の
増大（減少）となり、炉心内で発生しているボィド量を
一時的に減少（増大）させる。このボィド量が減少（増
大）すると、負（正）のポィド反応度係数のため、正（
負）の反応度投入になり、出力が増大（減少）する。こ
の世力増加（減少）分によって一時的に減少（増加）し
たボィド量が再び増大（減少）し、新しい出力平衡値に
対応した値に落ちつく。減速材状態の変化による出力制
御は、制御棒による出力制御に比較して中性子東の平坦
化を乱さないことや急速な出力変化が可能なことから通
常の出力変化は、この方式によって行なわれる。ＢＷＲ
型原子力発電所の出力を負荷要求を満足するよう連転す
るには、核分裂によって生成消滅するゼノンの中性子吸
収断面積が大きいこと、及びゼノンの時定数が約１独特
間あることのため、長時間にわたる出力変動をきたし大
きな問題となる。

このため、ゼン濃度の増減による反応度変化を補償する
ためには、制御榛または再循環流量の調整（炉心流量の
調整）が必要となる。しかし、燃料保護のため１００〜
６０％程度の出力変更の場合制御榛の操作を極力避ける
方が良く、再循環流量制御（炉心流量制御）のみによっ
て上記の調整機能を果たすことが好ましい。更に、一般
的な運転上の制約、監視事項としては、【１’ポンプの
能力から決まる最大流量制限、■沸騰熱伝達から決まる
限界熱流東の上限、｛３’沸騰二相流の流体力学的安定
性、｛４）低出力・大流量時に問題となるポンプキャビ
テーション、以上４つの機械的、熱的、水力学的制限が
ある。

これらの制限がどのように規定されるかは第１図に示す
運転制限判定図によって明らかである。図で横軸は炉心
流量、縦軸は原子炉出力を示している。更に、曲線Ａは
上記｛３’項、曲線Ｂは上記■項、曲線Ｃは上記川項、
曲線Ｄは上記側項に対応している。各曲線Ａ−Ｂ−Ｃ−
Ｄで囲まれた斜線部が運転可能範囲である。また、ゼノ
ン及びヨウ素濃度は、次の関係で出力変更により定まる
。

ｄｌ布＝ｙ，ＺｆぐｏＱＲ一入，・１……【１）ｄＤくｅ石
下＝ｙｘＺｆ○。

ＱＲ＋入，．１一入ｘｅ・Ｘｅ一。

ｘｅ・Ｘｅ・Ｊ。ＱＲ・”■ここで、ＱＲ：定格値を単
位とする原子炉出力〔一〕？ｏ：定格出力時の炉内平均
熱中性子東〔１／均・ｓ〕 ×ｅ：炉内平均ゼノン１３５の濃度〔１／洲〕１：炉内
平均ヨウ素１３５の濃度〔１／地〕２ｆ：炉内平均核分
裂断面積〔１／伽〕ｙ，：１回の核分裂当り発生するヨ
ウ素１３５の個数〔一〕ｙｘｅ：１回の核分裂当り発生
するゼノン１３５の個数〔一〕＾，：ヨウ素１３５の崩
壊定数〔１／ｓ〕入ｘｅ：ゼノン１３５の崩壊定数〔１
／ｓ〕。

ｘｅ：ゼノン１３５の中性子吸収断面積〔洲〕また、原
子炉出力ＱＲと炉心流量Ｗｃ，制御榛密度ＲＰ，ゼノン
濃度×ｅの間には、ＱＲ＝ｆ（Ｗｃ，ＲＰ，Ｘｅ）なる
関係が成り立ち、この関係を解析した結果を第２図Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄに示す。第２図Ａに示すように出力変化幅日
、低出力保持時間Ｔの負荷要求に対して、時間ｔｏでの
出力減少により、式（１｝及び【２１を解くと、第２図
Ｄに示すようにゆっくりとゼノン濃度が増加し、負の反
応度が増えるため、Ｔ時間の間、低出力目標値に出力を
保持するには、第２図Ｃに示す如く炉心流量を増加させ
ねばならないことがわかる。ここでゼノン濃度が、１０
０％平衡ゼノン濃度（１．０）にもどる前の時刻ｔｆに
、低出力状態より出力を１００％にもどそうとすると、
ゼノン濃度が、時刻ｔｏにおける値よりも増加している
ため、時刻ｔｆで炉心流量を時亥山。での元の値（１０
０％）に戻しても、第２図Ｂの如く出力はその元の値（
１００％）にならず、この結果、実負荷と負荷要求との
間に差（出力ミスマッチ）が生ずる。この出力ミスマッ
チを時刻ｔｆにおける出力ミスマツチ量１，ミスマツチ
持続時間７の観点から評価し、出力変化幅日，低出力保
持時間Ｔに対する関係を図示すると、第３図Ａ，Ｂにな
る。図から明らかなように、出力変化幅日を日，＞日２
＞日３の関係でみた場合、出力変化幅が大きい程、出力
ミスマッチ持続時間７，出力ミスマッチ量１は共に大き
くなる。尚、参考までに述べるならば「日，，日２，日
３の一例としては、時刻ｔｏでの基準値を１００％とし
た場合、日，＝４０％，比＝３０％，日３＝２０％とな
る。更に、図から云えることは、低出力保持時間Ｔが大
きくなると出力ミスマッチ持続時間７及び出力ミスマツ
チ量１は共に減少する。

しかし出力ミスマツチ持続時間７は低出力保持時間Ｔが
小さい程（余りに小さいと若干異なる。例えば１時間以
内の場合が該当する）大きくなる。更に、出力ミスマッ
チ量１は時間Ｔｏより若干短かし、時間でピークとなり
、それにより短い時間では逆に小さくなっている。時間
Ｔｏとして５時間の場合には、約４．虫時間がピーク値
となる。従来、この原子力発電所の出力ミスマツチを、
他の水力や火力発電所を含めた系統全体の中でなくそう
とする考え方が提案されている。

大きく２つに大別できる。第１の方法は、原子力発電所
による発電を低出力状態から早めに高出力へ復帰させ、
その結果、余分になった電力は原子力発電所以外の発電
所の発電量を下げることによって補正する方法である。
第２の方法は、原子力発電所の発電量の変更に際しては
、所期の目的とする出力変更幅日よりも小さな出力変更
幅日とするようにして出力ミスマッチ量を減少させ、そ
の結果、未だ所期の出力変更幅に達していない量を、原
子力発電所以外の発電所の発電量を低下させることによ
って補おうとする方法である。第４図には、この２つの
方法が示されている。第４図で、斜線部が眼子力発電所
以外の発電所による発電量の低下する部分を示している
。図で、Ｂ，Ｃは第１の方法による事例、Ｄ，Ｅは第２
の方法による事例を示している。Ａは時刻ｔｆで定格値
に戻るようにした事例、Ｂは時刻ｔ，より若干遅れて定
格値に戻るようにした事例を示している。第２の方法に
よるＤの方は、出力変更幅を原子力発電所の発電低下と
他の発電所による発電低下との比率を低出力保持区間Ｔ
の間一定比率で補うと共に、時刻ｔｆ以降の時間で定格
値に戻るようにした事例であり、Ｅの方法は時刻ｔｆで
定格値に達するように原子力発電所以外の発電所の発電
量を制御するようにした事例である。然るに、第１の方
法は、図から明らかなように約Ｌ時間以上の低出力保持
時間であった場合に、保持時間を短くすると出力ミスマ
ツチ量１が増したり、更には出力ミスマッチ持続時間７
も増加することがあり、必ずしも所期の希望通りの結果
が得られないことがあった。

更に、第２の方法の中でＣに示す方法では、出力ミスマ
ッチ量の減少を一定範囲までは可能であるが、完全には
なくすることができない欠点を持ち、Ｄに示す方法では
第１の方法と同じような結果となる。更に、Ａ，Ｂ，Ｄ
の事例では、短時間に早く出力低下を実施し、然る後、
出力を上昇するという発電運転条件にとっては苛酷な条
件下の運転となる問題点を持つ。本発明では、以上の諸
欠点をなくするものであって、制御棒の操作を行うこと
なく系統からの運転要求に対して出力ミスマッチを行う
ことなく適正な発電を可能にする系統運転配分方法を提
供するものである。

本発明の要旨は、熱中性子炉の炉心流量による許容出力
変更中内で熱中性子炉の出力変更を行わせることを前提
とし、この前提下で、低出力保持時間内で熱中性子炉に
よる発電量とその他の火力や水力発電所による発電量と
のそれぞれの出力要求目標値を、熱中性子炉のゼノン動
特性を監視し且つ予測することによって、階段状に変化
させるようにしたものである。

以下、本発明を詳述しよつｏ第５図は本発明の実施例を
示す図である。

電力系統１は発電所群管理装置９を介して熱中性子炉３
，熱中性子炉以外の発電所４，例えば火力発電所より成
る３組の発電所群、各発電所群系統運転配分計画装置２
と接続している。発電所群の数は電力系統の規模や発電
所の大きさ等によって定まっており、一般的には限定さ
れない。発電所群管理装置９は電力系統１からの発電要
求に応じてどの発電所群にその要求を出すか、或いは、
どのような比率でもつて各発電所群に発電要求を振り分
けるかの管理を行っている。

勿論、他の仕事管理も集中的に行っている。この発電所
管理装置９は本発明の本質とは関係なく、且つその仕事
内容自体も従釆より知られているため、上述の記載だけ
にとどめることにする。発電所管理装置９は、各発電所
群にその内部で決定した配分に従った経済負荷配分指令
値５を送る。

この指示値５は発電所群によって基本的に異ると考えて
よい。経済的負荷配分指令値５は系統運転配分計画装置
２に取り込まれる。この系統運転配分計画装置２は、原
子力発電所３，他の発電所４の運転情報８をうけとり、
上記指令値５と該運転情報８とをともに熱中性子炉３，
他の発電所４に適正な出力変更要求７を出力する。もし
、その発電所群で経済的負荷配分指令値５に追従できな
いと判断した時には、その旨を信号６として系統運転配
分計画装置２から発電所群管理装置９に送り、配分のし
なおし等の作業要求を行う。以上の計画装置２のより具
体的な動作フローを第６図に示す。第６図に於いて、先
ず、系統運転配分計画装置２は、発電所群管理装置９か
らフロー１００で出力変更要求（即ち、経済的負荷配分
指令値５）をうけとる。

次に、フロー１０１で配分計画装置２は熱中性子炉以外
の発電所の発電量のみで上記出力変更要求を満足できる
かどうかのチェックを行う。満足できると判定できれば
、フロー１０４に移りその配分計画装置は自己の配下に
ある発電所群に対して出力配分及び制御法を信号７によ
り指令する。この世力配分及び制御法はよく知られてし
、こと故、細部説明は省略する。以下ででてくる出力配
分及び制御法についても同様である。満足できなければ
、フロー１０２に移り、自己の配下にある熱中性子炉に
よる出力変更を併せた場合、フロー１００で取り込んだ
出力変更要求に答えられるかどうかのチェックを行う。
但し、この時の熱中性子炉による出力変更の許容値は第
１図の制限値を満足し、且つ制御棒を動かさない範囲で
の出力変更、即ち吸収原子発電所においてはＢＷＲ原子
力発電所発個有の炉心流量制御レベルでの許容値である
。許容値内では出力変更要求を満足できる場にはフロー
１０４移り、出力配分及び制御法を指令する。満足でき
ない場合には、フロー１０３に移る。このフロー１０３
に移る条件は、出力ミスマッチが生じることが予想され
る場合であ。フロー１０３では、出力ミスマツチをなく
するために、運転制限内で熱中性子炉による発電量を階
段状に変更し、出力変更要求を満足しているかどうかの
チェックを行う。

満足していれば、フロー１０４に移り、満足していなけ
れば、他の階段状に変更させる。この階段の変更操作は
、出力変更要求が満足されるまで続け、満足されればフ
ロー１０４に移り、その最終的な階段状の変更に伴う出
力配分及び制御法を指令する。フロー１０３のより具体
的な動作フローを第７図に示す。

更に、この動作フローを説明するための動作説明図を第
７図に示す。先ず、フロー２００で熱中性子炉に対する
出力要求をうけとり、フロー２０１で、熱中性子炉の出
力予測軌跡が上記要求と一致するように階段状の形状パ
ラメータとなるＡＨ，△Ｔを変化させる。このパラメー
タ△日，△Ｔを、以下、説明しよう。第８図Ａは出力変
更要求であり、現在の出力から発電量日だけ減少させて
発電量をＨｏとし、この発電量Ｈｏを時間Ｔの間維持さ
せ、然る後、出力変更要求前の発電量に戻す出力変更要
求パターン事例を示している。

この要求パターンを熱中性子炉のみで満足させようとし
た場合、熱中性子炉の発電量はＣの点線で示すゼノン濃
度の推移に伴ってＢの点線で示む如き発電量となり、ミ
スマッチを生ずる。かかるミスマツチをなくするために
、熱中性子炉による低出力区間を時間Ｔの間、継続させ
るのではなく、後半のＡＴ区間では逆に△日だけ発電量
を上げ、同時にＤに示す如く他の発電所による発電量を
上記△日の増大分に対応する量△日，だけ低下させる。
但し、△日と△日，とは△Ｈ＝△日，が一般的である。
こうした△日，△Ｔ，△日，を適切に選ぶことによって
Ｅに示す如く出力要求パターンに合致した発電出力を得
ることができる。尚、日，，日２，日３，比はそれぞれ
発電レベルを示している。この△日，△Ｔの選び方が第
６図のフローの中心議題となっている。フロー２０１を
ゼノン濃度との関係から云えば、パラメータ△日，△Ｔ
を変化させることによりゼノンの濃度を高出力復帰時の
平衡ゼノン濃度よりも小さい値にすることもである。か
くして、フロー２０２に移り、全出力要求を満足するよ
うに、他の発電所の出力を調整する。これは、△日，を
変化させることである。このことをより数式的に示すと
下記の如くなる。出力ミスマッチは、出力変更要求日，
Ｔに依存した関数１＝ｆ（日，Ｔ）となり、また、ゼノ
ンの変化量は、出力に依存した関数で×ｅ＝（日，Ｔ）
となる。

また、出力変更が階段状の場合、Ｈ＝ｈ（日，△Ｈ），
Ｔ＝ｔ（Ｔ，△Ｔ）と表わす事にすると、上記の出力予
測軌跡と、要求出力軌跡を一致させる方法は、△Ｔ，△
日を変化させることにより、×ｅ＝ｇ（日，Ｔ）のゼノ
ン濃度を変更し、全要求出力に上昇させる時点において
、目標の出力で平衡した場合の平衡ゼノン濃度よりも、
実際のゼノン濃度が低くなるよう調整する。このように
△Ｔ，△日を調整すると、出力ミスマッチが起きない状
態となる。この△Ｔ，△日の変更分を、火力発電で補正
すればよい。次いで、フロー２０３に移り、他の発電所
の出力変更が許容できる範囲かどうかのチェックを行い
、満足できない場合にはフロ−２０１に移り、フロー２
０３の条件が満足されるまで、△日，△Ｔ，△日を変化
させる。

満足した場合には、フロー２０４に移り、上記出力配分
に従った制御を行つｏ以上の動作過程を第９図に示す。

図で、Ａ，Ｂ，Ｃは熱中性子炉のみで出力変更の役割を
持たせた場合の要求出力、熱中性子炉出力、ゼノン濃度
を示している。Ｄ，Ｂ，Ｆは△日，△Ｔ，△Ｔ，を変化
させた場合で且つ出力ミスマッチが禾だ解消されていな
い時点での要求出力、熱中性子炉出力、ゼノン濃度を示
している。Ｇ，日，１は△日，△Ｔ，△Ｔ，が適切に選
ばれた時点での要求出力、熱中性子炉出力、ゼノン濃度
を示している。尚、△は，△Ｔ２，△日，，△Ｔ３はパ
ラメータの値、Ｔ，Ｔ，，Ｔ２は時刻を示している。次
に実際の運転事例に即して本発明を説明しよう。説明の
ため第１０図を使う。今、熱中性子炉をＢＷＲ型とし、
制御棒を動かさし、で、再循環流量制御（炉心流量制御
）による制御を行う場合の炉心流量の最低が４０％とし
、熱中性子炉による出力変更量は、１００〜６０％，程
度とする。この条件のもとでは、熱中性子炉による発電
量の変更幅、即ち、上記変更量内での変更幅が２０％程
度になると、過去のゼノンの蓄積量により出力ミスマツ
チが生ずる。かかる条件の熱中性子炉の系統に占める割
合を１０％，あとは、火力発電とする。

火力発電所は、３０％がピーク火力発電で出力が０〜１
００％まで変化できるとする。残りの７０％はベース火
力発電所で出力は平均して３０％まで落すことが出釆る
とする。この系統全体に対して現在の出力１００％から
２７％に落とす第１０図Ａの要求が来たと仮定する。こ
の時、従来の単純な分配の方法では、ピーク火力を全部
停止させベース火力を出力の３０％まで落とし、残りを
熱中性子炉で受け持つ形となるが、第１０図のＣの点線
で示すゼノン濃度により第１０図Ｂの点線で示すように
低出力（２７％）から、高出力１００％に復帰させる時
、ＢＷＲ型原子力発電所では、１％程度の出力ミスマッ
チを生じ、系統全体では、０．１％程度の出力ミスマッ
チとなる。熱中性子炉の低出力保持時間を短くする方法
や、出力変更幅を小さくする方法は、火力発電が、これ
以上出力を落せないので、使用できない事になる。本発
明による出力配分方式によれば、ＢＷＲ型原子力発電所
を最初第１０図Ｂに示す如く６０％まで落としておき、
一定時間後、２０％発電量を増加させて総計８０％にま
で発電量を増大させる。この時、ベース火力発電は、第
１０図Ｄに示す如く出力３３％から３０％に落とす。こ
のようにすれば、原子力発電所は出力ミスマッチを起こ
さず、第１０図Ｅに示すように系統は１００％要求に応
えることができる。本発明の効果は、ＢＷＲ型原子力発
電所が系統に占める割合が大きくなければなるほど大き
くなる。たとえば、火力・水力発電との比が１対１とな
った時にはＢＷＲの出力ミスマッチ量の半分が系統の出
力ミスマツチとなるが、本発明によれば、こうした欠点
を解消できた。以上説明したごと〈、本発明による熱中
性子炉の系統運転配分計画装置は他の様式の発電と原子
力発電を併用する事により、制御榛を動作させることな
く、かつ系統からの要求に、出力ミスマッチを生むこと
なく、応ずることが可能となった。

尚、本発明は、出力変更に伴って生じるゼノン濃度の変
化の影響を大きく受ける熱中性子炉に関して一般に言え
ることであって、熱中性子炉の負荷追従運転がゼノン濃
度の影響によって単独に行ない得ない場合に一般的に適
用可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱中性子炉の制限条件を説明する図、第２図は
出力ミスマッチを説明する図、第３図Ａ，Ｂは出力ミス
マツチの具体的説明図、第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは従
来方法を説明する図、第５図は本発明の実施例図、第６
図、第７図はその動作フロー図、第８図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
，Ｅは本発明の実施例の説明図、第９図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
，Ｅ，Ｆ，Ｇ，日，１は本発明の実施例のより詳細な説
明図、第１０図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは本発明の数値に基
づく説明図である。１……電力系統、２……系統運転配分計画装置、３・・
・・・・熱中性子炉、４・・・・・・その他の発電所、
９・・・・・・発電所群管理装置。希′囚瀞グ図希２図糸４図舟タ図射る図携７図豹８図希ヲ図弟／〃図

Claims

【特許請求の範囲】

１熱中性子炉群と、他の様式の発電所群から成る系統
に関し、電力系統を通じて出された上記系統に対する出
力変更要求に上記系統が追従できるように、上記熱中性
子炉と上記その他の様式の発電所群に負荷変化を配分す
る方法において、系統出力を現在の系統の出力よりも低
い出力に所定時間の区間だけ変更する出力変更要求に基
づいて前記系統出力を高出力から低出力へ変化させ所定
時間後高出力へ復帰させる場合、前記系統の低出力区間
における前記熱中性子炉群の発電量を一旦所定量減少さ
せる低減区間とこの低減区間の発電量より上昇させる上
昇区間とからなる階段状パターンとなるように調整し、
前記低減区間の保持時間と上昇区間の上昇量とを当該熱
中性子炉群の発電量の増減に伴うゼノン濃度の推移を考
慮して決定し、かつ熱中性子炉群の発電量の増減に応じ
て系統出力変更値を一定とすべく他の様式の発電所群の
発電量を補正することを特徴とする系統運転配分方法。