JPS6190094A - 沸謄水型原子力発電プラントの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、沸騰水型原子力発電プラント（以下ＢＷＲプ
ラントという）の出力制御装置、特に発電機出力の指令
値に従って炉心流量を調整してプラント出力を自動的に
安定かつ迅速に所定の値（−調節するＢＷＲプラントの
出力制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来のＢＷＲプラントの出力制御系の動作を例えは第５
図のブロック図により説明する。同図は、ＢＷＲプラン
トの再備環流量制御によるプラント出力の制御を示すも
ので、この場合、手動で設定された負荷設定器１０の出
力、即ち負荷要求値１６と圧力制御器１３の出力である
主蒸気ａかじ貴信号１７との偏差を負荷要求誤差信号１
８として再循環主制御器１１に入力する。再循環制御器
１１Ｆｉ比例積分動作で構成され、負荷要求誤差信号１
８が苓となるように速度制御器１２よりＭＧ駆動モータ
５．流体継手（５，ＭＧ発を機７．ポンプ駆動モータ８
．再循環ポンプ９の制御機構を通じて原子炉１内の炉心
流量を調節するものである。

一方、圧力制御器１３は、生タービン入口圧力１９が所
定の値となるように加減弁サーボ装置１４を通じて加減
弁４を調節しているが、炉心流量の変化によって引き起
される原子炉の出力変化は、圧力の変化として圧力制御
器１３でとらえられ、生蒸気総流量信号１７により加減
弁４が制御されて生蒸気流量の調節を行う。

例えば、負荷要求誤差信号１８が正、即ち負荷要求誤差
信号１８が増加すると、再循環主制御器１］は炉心流量
増加の信号を出力する。そして、炉心流量が増加すると
原子炉圧力も上昇することになるから、タービン入口圧
力１９も上昇する。その結果、圧力制御系の動作により
主蒸気総流量信号傷号１７が増加するので、加減弁４が
開いてタービン２の蒸気流量を増加させるとともに負荷
要求誤差信号Ｌ８’Ｙ零にする方向に動作させる。また
、プラントの初期応答を改善するために負荷要求誤ｆｔ
　（２号１８を圧力設定点調節器１５に導いて一時的に
主タービン入口圧力設定点２０を変更することも行なわ
れている。

以上の説明から明らかなように、従来のＢＷＲプラント
出力制御系の動作は、負荷設定器ＩＯを手動で設定し友
値に追従する機能のみを有しており、中央給箋１指令所
等の外部から与えられる出力指令値に追従する機能は有
していなかった。また、従来のプラント出力と称してい
る物理量ハ、主蒸気総流量信号１７．すなわち主蒸気流
量要求値が負荷要求値１６と等しくなるように制御され
ることであった。

ところで、中央給電指令所等の外部より発電所に与えら
れる出力指令値の単位は、発電機の出力即ちＭＷｅであ
るので、この発ｉＬｗ出力ＭＷと主蒸気総流量信号りと
の関係を式で表現すると下記（１１〜（４）式のように
なる。

ｘ　＝　ｆｌ　（Ｄ）　　−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−一−’　　（２）ここで、Ｋニ
ゲイン、ＰＴ：主タービン入ロ圧力Ｐ管。：王タービン
入ロ圧力設定値 Ｘ：加減弁開度要求値 ｍ：加減弁蒸気流量 Ｔｌ−Ｔ４＝時定数 α：高圧タービン出力比 Ｓニラプラス演算子 ｆｌ：加減弁開度〜加減弁流禁非線型補償ｆ２：加減弁
開度〜加減弁流量特性 しかして、前記（１）〜（４）式から明らかなように、
主蒸気総流量信号りと発電機出力ＭＷとの間には加減弁
開度〜加減弁流量非線型特性を補償するための関数発生
器が必要となる。か＼る関数発生器は主蒸気総流量信号
りと加減弁蒸気流量ｍが線型でかつ１対１になるように
設定されるが、１〜２チの設定誤差はさけられず１発電
機出力ＭＷにもこれと同程度の誤差が生じることとなる
。

従って、中央給電指令所等の外部より与えられる出力指
令値にＢＷＲプラントを追従させる場合、単に中央給電
指令所等の外部より与えられる出力指令値を負荷要求値
で置き換えるのみでは、負荷要求値と発電機出力間に誤
差を生じることとなる。

このため、プラント運転員は出力指令値と発電機出力の
両方を常に監視する必要が生じ、それだけ負担が増加す
るという不具合が生じる。

［発明の目的コ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、中央結電指令所等の外部より与えられる出力指令値
に自動的に発電機出力を精度よく安定かつ迅速に追従さ
せるようにした沸騰水型原子力発電プラントの出力制御
装置を提供するにある○ ［＠明の概要］ 本発明は、上記目的を達成するために、負荷要求信号と
原子炉出力との偏差を零となるように再循環流量制御装
置を制御するように構成した沸騰水型原子力発電プラン
トの出力制御装置において、プラント出力要求信゛号と
発電機出力信号との偏差を入力する比例積分微分要素で
構成される制御器と、この制御器の出力を入力とするむ
だ時間要素。

比較器、積分器で構成される補償器と、前記制御器と前
記補償器の出力の和の信号を前記負荷要求値として、プ
ラント出力を制御するようにしたものである。そして、
プラント出力要求信号としては、出力制御指令信号と自
動周波数制御信号を進み／遅れ要素及び制限器によって
補償した信号の和の信号が用いられる。また、このプラ
ント出力要求信号としては、任意のパターンを発生する
ことが可能な発電機出力パターン発生装置の出力と自動
周波数制御信号を補償した信号の和の信号でもよく、さ
らにまた、出力制御指令信号または任意のパターンを発
生することが可能な発電機出力パターン発生装置の出力
信号を用いてもよい。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例であるＢＷＲの出力制御装
置の系統図である。同図に示すように、後記するプラン
ト出力制御装置３９からの負荷要求信号４５と圧力制御
器４２の出力である主蒸気総流量信号４６との偏差を負
荷要求誤差信号４７として再循環主制御器４０に入力す
る。再Ｏｔｉｍ制惧器４０は比例積分要素で構成され、
負荷要求誤差信号４７が零となるように速度制御器４１
よりＭＧ駆動モータ３４゜流体継手３５．ＭＯ発電機３
６．ポンプ駆動モータ３７゜再循環ポンプ３８の制御機
構を通じて原子炉３０内の炉心流量を調節する。

一方、圧力制御器４２　Ｆｉ、王タービン入口圧力４８
が所定の値となるように加減弁サーボ装置４３を通じて
加減弁３３を調節しているが、炉心流量の変化によって
引き起される原子炉３０の出力変化Ｆｉ、圧力の変化と
して圧力制御系でとらえられ、主蒸気総流量信号４６に
より加減弁３３が制御されて主蒸気流量の調節を行う。

ま念、プラントの初期応答を改善するために負荷要求誤
差信号４７を圧力設定点調節器４４に導いて一時的に王
タービン入ロ圧力設゛　　定点４９を変更することも行
われている。

次に、上記プラント出力制御装置３９を第２図のブロッ
ク構成図について説明する。同図において、プラント出
力要求信号５０は比較器５２によって発電機３２の出力
信号５１と比較され、両信号の差が制御器５３に入力さ
れる。制御器５３は、比例積分又は比例積分・微分要素
で構成されている。制御器５３の出力信号５９ｆ−を加
算器５４に入力されると同時に前記ＢＷＲプラントの応
答遅れを補償する応答遅れ補償器６２にも導かれる。こ
の応答遅れ補償器６２はむだ時間要素５６と比較器５７
と積分器５８とで構成されている。

また、前記制御器５３の出力５９は、むだ時間要素５６
にも入力され、その出力６０が比較器５７によって制御
器５３からの入力信号５９と比較され、その偏差が積分
器５８に入力され、この積分器５８は応答遅れ補償用信
号６１を出力する。この応答遅れ補償用信号６１は、加
算器５４によって制御器５３の出力５９に加算されて安
全性のために設けた制限器５５を通過した後負荷要求値
４５となる。この負荷要求値４５ｔＩ′ｉ、第１図に示
すように直接主蒸気総流量信号４６と比較された後負荷
要求誤差信号４７となる。この負荷要求誤差信号４７に
よってプラント出力が制御されること及び圧力設定点を
一時的に変更してプラントの初期応答の改善を行うこと
は既に説明したとおりである。

次に、上記応答遅れ補償器６２の作用についてさらに詳
細に説明する。

今、再循環系にＰＩＦ制御方式を適用するために、この
再循環系を等価回路で表坤１すると、仮略第３図のよう
に表現することができる。この第３図において、すくい
管操作器から発電機（ポンプ）回転数までを例えば２次
遅ね、回路と純粋時間遅れ回路で近似する。また速度制
御器は第２図のプラント出力制御装置において比較器５
２と制限器５５を除去した残りのブロック構成と等価で
ある。そして、比較器５２へのプラント出力要求信号を
１（Ｓ）とし、比較器５２の出力信号をｅ（８）　、速
度制御器の出力信号をｍ（Ｓ）　、発電機速度をｎｏ（
Ｓ）とし、速度制御器の伝達函数をＣ（Ｓ）とすれば、 なる（５）式が成立する。

次に、第３図の等価回路において、時間遅れ要素（、、
−８ｒをフィードバックルーズの外に出した系を考える
と第４図で示す等＊ｉｎｒ回路で表わされる。こと含ん
だ等価回路とする。

ハ そうすると、１（８）　−ｎｏ（Ｓ）闇の伝達関数は下
記（６）式で表現することができる。

！ そして、上記（５）式と上記（６）式とが等価となるた
めには下記（方式が成立する必要がある。

ここで、　Ｈ（Ｓ）　＝　１　＋２ａ８　＋　ｂｓ”次
に、Ｑ（Ｓ）を１次遅れとして１／ｓ〒とすると、（７
）式より制御装置の伝達関数は下記（８）式のようにな
る。

従って、 上記（９）式から明らかなように、従来のＰＩＤ制御に
対してその補正作用として時間遅れ項が働くことになる
から、その応答特性ｆ′ｉＰ　Ｉ　Ｄ制御のみに較へて
甚しく改善されることになる。

上記実施例では、特にプラント出力要求信号を限定して
いないが、以下に述べるような各種信号をプラント出力
要求４８号として用いることができる〇 （１）　　中央給電指令所より出力される指令出力制御
信号と自動周波数制御運転ａ号を進み／遅れ要素及び制
限器によって補償した信号の和の信号（２）時刻を独立
変数とし、任意のパターンを発生することが可能な発電
機出力パターン発生装置の出力信号及び中央給箪１指令
所よりの自動周波数制御信号を進み／遅ｔ″Ｌ要索及び
制限器によって補償した信号の和の信号 （３）　　中央給電指令所よりの出力制御指令信号（４
）　　時刻を独立変数とし、任意のパターンを発生する
ことが可能な発電機出力パターン発生装置の出力信号 なお、上記実施例では、プラント出力制御装置の出力を
直接負荷大木信号となるように構成しているが、プラン
ト出力制御装置によって負荷設定器を駆動する方式とす
ることもできる。また、上記実施例では主蒸気総流量信
号について説明しているが、主蒸気総流量信号の代りに
中性子熱出力、主蒸気流量信号等の原子力出力を用いて
もよいことは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＢＷＲプラントの出力制
御装置によれば、ＢＷＲプラントの負荷調整を自動的に
行うことが可能となり、日間負荷調整及び自動周波数制
御運転等においては発電１機出力を安定にかつ精度よく
制御することができるというすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は第１図の
プラント出力制御装置のブロック構成図、第３図は第１
図における再循環系の等価回路図、第４図は第３図にお
いて時間遅れ要素をフィードバックループ外とした等価
回路図、第５図は従来のＢＷＲプラントの出力制御を欽
１明するための系統図である。 ３０・・・原子炉　　　　　３２・・・発電機３３・・
・加減弁　　　　　３８・・・再ａ埋ポンプ３９・・・
プラント出力制御装置 ４０・・・再循環主制御器　４１・・・速度制御器４２
・・・圧力制御器　　　４３・・・加減弁サーボ装置４
４・・・圧力設定点調節器　４５・・・負荷要求信号４
６・・・主蒸気総流鉗信号 ５０・・・プラント出力要求信号 ５１・・・発電機出力信号　５３・・・制御器５４・・
・加算器　　　　　５６・・・むだ時間要素５７・・・
比較器　　　　　５８・・・積分器６２・・・応答遅れ
補償器 代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか１名）第　　１
　　図 、３０ 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　５　　図 手続補正占（自発） １．事件の表示 特願昭５９−２１１４３０号 ２、発明の名称 沸騰水型原子力発電プラントの出力制御装置３、補正を
する者 事件との関係　　特許出願人 日本原子力事業株式会社（ほか１名） ４、代理人　〒１０５ 東京都港区虎ノ門１丁目９番１０号　港電設ビル猪股特
許事務所内 １、明細書の発明の詳細な説明の瀾 ２、図面 ６、補正の内容 １、本願明細書の第９頁第１４行「制御器５３・・・」
から第１０頁第７行［・・・負荷要求値４５となる。」
までの記載を次のように補正する。 ［制御器５３の出力信号５９とＢＷＲプラントの応答遅
れを補償する応答遅れ補償器６２の出力である応答遅れ
補償用信号６１が加算器５４で加算されて出力信号６３
が作成される。応答遅れ補償器６２はむだ時間要素５６
．比較器５７および積分器５８で構成され、前□配出力
信号６３を入力とする応答遅れ補償器６２への入力信号
である前記出力信号６３はむだ時間要素５６にも入力さ
れ、その出力６０と比較器５７によって比較され、その
偏差が積分器５８に入力される。積分器５８は応答遅れ
補償用信号６１を出力づる。 加算器５４の出力信号６３は安全のために設けられた制
限器５５を通過した後負荷要求値４５となる。」２、第
２図を別紙図面第２図のとおりに補正する。 以上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷要求信号と原子炉出力との偏差が零となるよ
   うに再循環流量制御装置を制御するようにした沸騰水型
   原子力発電プラントの出力制御装置において、プラント
   出力要求信号と発電機出力信号との偏差を入力とする比
   例積分微分要素で構成される制御器と、該制御器の出力
   を入力とするむだ時間要素、比較器、積分器で構成され
   る補償器と、前記制御器と前記補償器の出力の和の信号
   を前記負荷要求信号としてプラント出力を制御するよう
   にしたことを特徴とする沸騰水型原子力発電プラントの
   出力制御装置。
2. （２）プラント出力要求信号は出力制御指令信号と自動
   周波数制御信号を進み／遅れ要素及び制限器によって補
   償した信号の和の信号である特許請求の範囲第１項記載
   の沸騰水型原子力発電プラントの出力制御装置。
3. （３）プラント出力要求信号は、任意のパターンを発生
   することが可能な発電機出力パターン発生装置の出力と
   自動周波数制御信号を補償した信号の和の信号である特
   許請求の範囲第１項記載の沸騰水型原子力発電プラント
   の出力制御装置。
4. （４）プラント出力要求信号は、出力制御指令信号また
   は、任意のパターンを発生することが可能な発電機出力
   パターン発生装置の出力信号である特許請求の範囲第１
   項記載の沸騰水型原子力発電プラントの出力制御装置。