JPS623400B2 - - Google Patents
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- JPS623400B2 JPS623400B2 JP50087283A JP8728375A JPS623400B2 JP S623400 B2 JPS623400 B2 JP S623400B2 JP 50087283 A JP50087283 A JP 50087283A JP 8728375 A JP8728375 A JP 8728375A JP S623400 B2 JPS623400 B2 JP S623400B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、原子炉の運転制御方法に係り、特に
強制循環沸騰水形原子炉の制御棒、再循環流量、
圧力、給水温度を制御することにより最も短い時
間で大幅な出力変更を行なわしめるのに好適な原
子炉の運転制御方法に関する。
強制循環沸騰水形原子炉の制御棒、再循環流量、
圧力、給水温度を制御することにより最も短い時
間で大幅な出力変更を行なわしめるのに好適な原
子炉の運転制御方法に関する。
従来、沸騰水形原子炉（以下BWRと称する）
の運転に際しては、制御棒の動きにつれて局部的
な中性子束分布の歪みが生じ、ひいては熱的な制
限を越える可能性があるため、運転員は炉内局部
中性子束検出器の読みを常時監視し、かつ、三次
元中性子分布を求める計算コードの結果を用いて
試行錯誤法により運転方法を決めており、数十時
間から数百時間の起動時間を要していた。制御
棒、再循環流量の操作に対しても各種の制限条件
が設けられているため、この制限条件のもとに三
次元中性子束、三次元の最大線出力密度、最小臨
界熱流束などの値を所望の値あるいは以下におさ
える方策を見つけることは、かなりの時間と手間
を要する作業である。特に、原子炉出力を極低出
力から定格出力まで上昇させるような大幅な出力
変更過程においては、運転員は、前述の如く炉内
の局所的な監視に多大の注意を払わねばならない
ため、原子炉出力を大幅に上昇させる過程での全
体的な方策（たとえば最も短い時間で10％から
100％まで出力を上昇させるには如何にすれば良
いか）を知ることが出来ず、不必要に長時間を要
していた。
の運転に際しては、制御棒の動きにつれて局部的
な中性子束分布の歪みが生じ、ひいては熱的な制
限を越える可能性があるため、運転員は炉内局部
中性子束検出器の読みを常時監視し、かつ、三次
元中性子分布を求める計算コードの結果を用いて
試行錯誤法により運転方法を決めており、数十時
間から数百時間の起動時間を要していた。制御
棒、再循環流量の操作に対しても各種の制限条件
が設けられているため、この制限条件のもとに三
次元中性子束、三次元の最大線出力密度、最小臨
界熱流束などの値を所望の値あるいは以下におさ
える方策を見つけることは、かなりの時間と手間
を要する作業である。特に、原子炉出力を極低出
力から定格出力まで上昇させるような大幅な出力
変更過程においては、運転員は、前述の如く炉内
の局所的な監視に多大の注意を払わねばならない
ため、原子炉出力を大幅に上昇させる過程での全
体的な方策（たとえば最も短い時間で10％から
100％まで出力を上昇させるには如何にすれば良
いか）を知ることが出来ず、不必要に長時間を要
していた。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、原子炉出力を所定出力まで短時間に上昇で
きる制御手段を、短時間にかつ適切に選択するこ
とができ、よつて所定出力までの出力上昇を短時
間に行なえ得る原子炉の運転制御方法を提供する
ことにある。
くし、原子炉出力を所定出力まで短時間に上昇で
きる制御手段を、短時間にかつ適切に選択するこ
とができ、よつて所定出力までの出力上昇を短時
間に行なえ得る原子炉の運転制御方法を提供する
ことにある。
本発明の特徴は、原子炉の一点炉モデルに原子
炉の状態量を入力し、現在の原子炉出力を目標の
原子炉出力に最短時間で変更できる運転指令を、
一点炉モデルの制約条件下で一点炉モデルにて求
め、得られた運転指令に対応して原子炉出力を制
御した場合における原子炉出力の局所状態を三次
元モデルにより予測し、予測した局所状態が熱的
制約条件を満足する場合は、運転指令を実行する
のに必要な出力制御手段を選択してその出力制御
手段を順次操作することにある。
炉の状態量を入力し、現在の原子炉出力を目標の
原子炉出力に最短時間で変更できる運転指令を、
一点炉モデルの制約条件下で一点炉モデルにて求
め、得られた運転指令に対応して原子炉出力を制
御した場合における原子炉出力の局所状態を三次
元モデルにより予測し、予測した局所状態が熱的
制約条件を満足する場合は、運転指令を実行する
のに必要な出力制御手段を選択してその出力制御
手段を順次操作することにある。
以下、本発明の好適な一実施例を図面によつて
説明する。第１図は、再循環ポンプによる強制循
環形のBWRの典形的な運転特性を示す出力Ｑ・
炉心流量ＷPマツプである。再循環ポンプの回転
数が零のとき制御棒を引き抜いていくときに得ら
れる自然循環ライン、再循環ポンプ回転数の上
限によつて流量制限ライン、ポンプキヤビテイ
ーシヨン発生防止に対するライン、及び炉心全
体を平均的に見た場合の熱流束に対する制限を表
わす制御棒引抜き阻止ライン（）によつて囲ま
れる領域が１つの運転許容範囲を定める。運転制
約条件としては、高出力領域（たとえば60％出力
以上）での制御棒操作の禁止、再循環流量による
出力上昇率の限定、及び各燃料棒の線出力密度に
対する制限などがある。一般に、BWRの原子炉
出力を変えうる制御変数としては再循環流量、原
子炉圧力、給水温度及び制御棒がある。第２図は
上記制御変数を用いて最も短い時間で大幅な出力
変更を達成する本実施例の基本構成を示したもの
である。本実施例の運転制御装置は、原子炉プラ
ント１から常時最も新しいプラント状態量（たと
えば中性子束、熱出力、炉心流量、制御棒位置及
びおのおのゝ変化率など）を取り入れ記憶するデ
ータ収録装置２をそなえ、かつ前記のプラント状
態量から求めた原子炉の特性、特にゼノン（核分
裂によつて生ずる核種で強い中性子に対する吸収
断面積を有することとその応答がきわめて長時間
（十数時間）であるため、数十〜数百時間を有す
る起動時には特に大きい影響を持つ）の動特性を
含んだ一点炉近似モデルを用いて最短時間制御を
求める一点炉モデル演算装置３と、炉心の空間的
広がりを考慮し、上記最短時間制御が各種制約条
件（制御棒操作スピード、熱流束の限界等等）の
下で実現可能であるかどうかを求める三次元分布
演算装置４と、制御棒によつて与えられる反応度
を実プラントデータから求める反応度推定器５
と、実際の反応度と目標の反応度の偏差を監視し
演算装置３，４にモデルを修正する指令を送る比
較判定器６より構成されている。一点炉モデル演
算装置３は、データ収録装置２から得た熱出力、
炉心流量、制御棒位置などのデータに基づき、一
点炉用のモデルのデータを作成し、出力レベルの
変化による影響を考慮したパラメータを推定し、
かつ一点炉として見たときの運転制約条件を求め
る一点モデル推定部３１１と、この結果を基に(1)
式〜(3)式によつて表わされる数式モデルを持つ一
点炉モデル部３１２から成つている。
説明する。第１図は、再循環ポンプによる強制循
環形のBWRの典形的な運転特性を示す出力Ｑ・
炉心流量ＷPマツプである。再循環ポンプの回転
数が零のとき制御棒を引き抜いていくときに得ら
れる自然循環ライン、再循環ポンプ回転数の上
限によつて流量制限ライン、ポンプキヤビテイ
ーシヨン発生防止に対するライン、及び炉心全
体を平均的に見た場合の熱流束に対する制限を表
わす制御棒引抜き阻止ライン（）によつて囲ま
れる領域が１つの運転許容範囲を定める。運転制
約条件としては、高出力領域（たとえば60％出力
以上）での制御棒操作の禁止、再循環流量による
出力上昇率の限定、及び各燃料棒の線出力密度に
対する制限などがある。一般に、BWRの原子炉
出力を変えうる制御変数としては再循環流量、原
子炉圧力、給水温度及び制御棒がある。第２図は
上記制御変数を用いて最も短い時間で大幅な出力
変更を達成する本実施例の基本構成を示したもの
である。本実施例の運転制御装置は、原子炉プラ
ント１から常時最も新しいプラント状態量（たと
えば中性子束、熱出力、炉心流量、制御棒位置及
びおのおのゝ変化率など）を取り入れ記憶するデ
ータ収録装置２をそなえ、かつ前記のプラント状
態量から求めた原子炉の特性、特にゼノン（核分
裂によつて生ずる核種で強い中性子に対する吸収
断面積を有することとその応答がきわめて長時間
（十数時間）であるため、数十〜数百時間を有す
る起動時には特に大きい影響を持つ）の動特性を
含んだ一点炉近似モデルを用いて最短時間制御を
求める一点炉モデル演算装置３と、炉心の空間的
広がりを考慮し、上記最短時間制御が各種制約条
件（制御棒操作スピード、熱流束の限界等等）の
下で実現可能であるかどうかを求める三次元分布
演算装置４と、制御棒によつて与えられる反応度
を実プラントデータから求める反応度推定器５
と、実際の反応度と目標の反応度の偏差を監視し
演算装置３，４にモデルを修正する指令を送る比
較判定器６より構成されている。一点炉モデル演
算装置３は、データ収録装置２から得た熱出力、
炉心流量、制御棒位置などのデータに基づき、一
点炉用のモデルのデータを作成し、出力レベルの
変化による影響を考慮したパラメータを推定し、
かつ一点炉として見たときの運転制約条件を求め
る一点モデル推定部３１１と、この結果を基に(1)
式〜(3)式によつて表わされる数式モデルを持つ一
点炉モデル部３１２から成つている。
ｄＸ（ｔ）／ｄｔ＝λ１（ｔ）−λ2X（ｔ）
＋γ２Σ・φ（ｔ）−σ２φ（ｔ）・Ｘ
（ｔ） …(1) ｄ（ｔ）／ｄｔ＝−λ１（ｔ）＋γ１Σφ（ｔ
）… (2) φ＝（Ｘ（ｔ）、ＷP（ｔ）、Ｐ（ｔ）、 ＴW（ｔ）、△ρrpd） …(3) 但し、φは中性子束、Ｘはゼノン濃度、はヨ
ウ素濃度、λ１はヨウ素崩壊定数、λ２はゼノン
崩壊定数、γ１はヨウ素の直接発生割合、γ２は
ゼノンの直接発生割合、Σは核分裂断面積、σ
２はゼノンミクロ吸収断面積、ＷPは再循環流
量、Ｐは炉心圧力、ＴWは給水温度、△ρrpdは
制御棒による全炉心平均の反応度およびｔは経過
時間である。
（ｔ） …(1) ｄ（ｔ）／ｄｔ＝−λ１（ｔ）＋γ１Σφ（ｔ
）… (2) φ＝（Ｘ（ｔ）、ＷP（ｔ）、Ｐ（ｔ）、 ＴW（ｔ）、△ρrpd） …(3) 但し、φは中性子束、Ｘはゼノン濃度、はヨ
ウ素濃度、λ１はヨウ素崩壊定数、λ２はゼノン
崩壊定数、γ１はヨウ素の直接発生割合、γ２は
ゼノンの直接発生割合、Σは核分裂断面積、σ
２はゼノンミクロ吸収断面積、ＷPは再循環流
量、Ｐは炉心圧力、ＴWは給水温度、△ρrpdは
制御棒による全炉心平均の反応度およびｔは経過
時間である。
特に、(3)式は、出力φが制御棒による反応度、
給水温度、炉圧力、炉心流量、及びゼノンによつ
てどういう風な影響を受けるかを示す関数式であ
り、数分以下の過渡現象は無視した静的なモデル
である。最短時間制御則算出装置３２は、現時点
の出力から目標出力まで最も短い時間で出力を変
えうる制御を、一点炉モデル部３１２で得られた
モデルを用いて、一点炉モデル推定部３１１によ
つて与えられた制約条件のもとに算出し、第３図
に示す如く時間の関数として求める。最短時間の
制御の算出法は、たとえば参考文献（「こう配法
のプロセス最適化への応用」，佐山，大井）に述
べられている方法を用いることができる。なお、
以下に述べる第１図の点Ｓ，Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ及び
Ｆとの関係をわかり易くするために、第３図にお
いてそれらの点に対応する時間をＳ，Ａ，Ｂ，
Ｄ，Ｅ及びＦで示す一点鎖線で表わした。また、
第３図の各縦軸項目の記号の上に付せられている
＊印は、その記号が最短時間制御則算出装置３２
で得られたものであることを示し、目標値とな
る。
給水温度、炉圧力、炉心流量、及びゼノンによつ
てどういう風な影響を受けるかを示す関数式であ
り、数分以下の過渡現象は無視した静的なモデル
である。最短時間制御則算出装置３２は、現時点
の出力から目標出力まで最も短い時間で出力を変
えうる制御を、一点炉モデル部３１２で得られた
モデルを用いて、一点炉モデル推定部３１１によ
つて与えられた制約条件のもとに算出し、第３図
に示す如く時間の関数として求める。最短時間の
制御の算出法は、たとえば参考文献（「こう配法
のプロセス最適化への応用」，佐山，大井）に述
べられている方法を用いることができる。なお、
以下に述べる第１図の点Ｓ，Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ及び
Ｆとの関係をわかり易くするために、第３図にお
いてそれらの点に対応する時間をＳ，Ａ，Ｂ，
Ｄ，Ｅ及びＦで示す一点鎖線で表わした。また、
第３図の各縦軸項目の記号の上に付せられている
＊印は、その記号が最短時間制御則算出装置３２
で得られたものであることを示し、目標値とな
る。
第３図の曲線を第１図上にプロツトしたのが、
点Ｓから点Ａ，Ｂ，ＤおよびＥを経て点Ｆに至る
曲線である。曲線の脇に示された指標は、制御が
それぞれ流量操作FL、制御棒操作Ｃ、圧力操作
Ｐ、給水温度操作Ｔによつてなされたことを示
す。特にこのようにループを描くような形で解が
求まるのは、高出力での制御棒操作を禁止する制
限を与えたためで、点Ｓから、点Ａまでは制御棒
（対応する制御棒による目標反応度は△ρrpdとし
て第３図に示されている）を操作し、点Ａから点
Ｂまでは流量ＷPで出力を上げて、出来るだけ中
性子束の高い点で保持し、ゼノンを蓄積したの
ち、急速に点Ｄまで出力を落し、第４図に示すゼ
ノンの動特性を利用してさらにゼノンを十分蓄積
させ、燃料棒の線出力密度などの熱的条件を緩和
させてから、制御棒を点Ｅまで引き抜き、その後
炉心流量ＷPを増大させることによつて定格出力
点Ｆに達している。給水温度Ｔと圧力Ｐは点Ｂお
よびＤにおいてよりゼノンを短時間に効果的に蓄
積させるために操作されている。
点Ｓから点Ａ，Ｂ，ＤおよびＥを経て点Ｆに至る
曲線である。曲線の脇に示された指標は、制御が
それぞれ流量操作FL、制御棒操作Ｃ、圧力操作
Ｐ、給水温度操作Ｔによつてなされたことを示
す。特にこのようにループを描くような形で解が
求まるのは、高出力での制御棒操作を禁止する制
限を与えたためで、点Ｓから、点Ａまでは制御棒
（対応する制御棒による目標反応度は△ρrpdとし
て第３図に示されている）を操作し、点Ａから点
Ｂまでは流量ＷPで出力を上げて、出来るだけ中
性子束の高い点で保持し、ゼノンを蓄積したの
ち、急速に点Ｄまで出力を落し、第４図に示すゼ
ノンの動特性を利用してさらにゼノンを十分蓄積
させ、燃料棒の線出力密度などの熱的条件を緩和
させてから、制御棒を点Ｅまで引き抜き、その後
炉心流量ＷPを増大させることによつて定格出力
点Ｆに達している。給水温度Ｔと圧力Ｐは点Ｂお
よびＤにおいてよりゼノンを短時間に効果的に蓄
積させるために操作されている。
ここまでの段階では、あくまで原子炉は一点炉
近似であつて、最も短い時間で起動を完了するに
は、全体的にどのように運転されるべきかという
指針は与えるが、一点炉モデルに対する制約条件
の与え方によつては、局所的な熱的条件は必ずし
も満足されているという保障はないし、又多数の
制御棒のうち、どれをどう動かすかという事も不
明である。
近似であつて、最も短い時間で起動を完了するに
は、全体的にどのように運転されるべきかという
指針は与えるが、一点炉モデルに対する制約条件
の与え方によつては、局所的な熱的条件は必ずし
も満足されているという保障はないし、又多数の
制御棒のうち、どれをどう動かすかという事も不
明である。
したがつて、三次元分布演算装置４は、中性子
の分布、気泡の分布、熱流束の分布、平均反応度
などを拡散方程式を解くことによつて、一点炉モ
デル演算装置３によつて与えられた運転指令が局
所的な線出力密度等の熱的制限を満足するかどう
かの判定、及び△ρrpdとして指示された制御棒
反応度を実現するには熱的制限のもとにどこの制
御棒をどれだけ動かすかを探索する機能を有して
いる。すなわち、運転条件制限条件算出部４１１
は、データ収録装置２から必要なデータを取込み
三次元モデルとしての運転制約条件を求める。こ
の運転制約条件及び一点炉モデル演算装置３で得
られた運転指令をもとに三次元中性子分布及び制
御棒反応度算出装置４１２は、中性子，気泡及び
熱流束の分布及び平均反応度を三次元モデルを用
いて算出し、算出された結果に基づいて運転条件
を求める。求められた運転条件と運転制約条件
（熱的制限）とを比較し、得られた結果がこの熱
的制限を満足するか否かを判定する。算出装置４
１２で得られたすべての情報（判定結果も含む）
はCRT装置４２に表示される。算出装置４１２
は、CRT装置４２を介してのオペレータとの対
話を繰返しながら与えられる△ρrpdを実現する
ための具体的な制御棒位置を決定する。さらに算
出装置４１２は、オペレータとの対話を何回か繰
返した後、求められた運転条件と熱的制限とを比
較し、その算出結果が熱的制限を満足するか否か
を最終的に判定する。判定により満足しないとさ
れた場合には、算出装置４１２は、一点炉モデル
演算装置３に対して一点炉モデルの修正指令を出
力する。前述の最終判定の結果、制約条件が満足
された場合には、算出装置４１２は、決定した制
御棒位置を制御棒パターン発生装置４３に出力す
る。制御棒パターン発生装置４３は、遂次制御棒
を与えられた手順によつて操作する。このように
一点炉モデル演算装置３は常に現時点の出力から
目標出力までの最短時間制御法を与えるものであ
るが、三次元中性子分布演算装置４は周期△Ｔご
とに一点炉モデル演算装置３からの指令を受け
て、その時点での△ρrpdを実現する制御手段を
探がすものである。制御手段が選択された後、一
点炉モデル演算装置３で得られた最短時間の運転
指令に基づいて制御棒、流量、圧力、給水温度を
操作することが行なわれる。
の分布、気泡の分布、熱流束の分布、平均反応度
などを拡散方程式を解くことによつて、一点炉モ
デル演算装置３によつて与えられた運転指令が局
所的な線出力密度等の熱的制限を満足するかどう
かの判定、及び△ρrpdとして指示された制御棒
反応度を実現するには熱的制限のもとにどこの制
御棒をどれだけ動かすかを探索する機能を有して
いる。すなわち、運転条件制限条件算出部４１１
は、データ収録装置２から必要なデータを取込み
三次元モデルとしての運転制約条件を求める。こ
の運転制約条件及び一点炉モデル演算装置３で得
られた運転指令をもとに三次元中性子分布及び制
御棒反応度算出装置４１２は、中性子，気泡及び
熱流束の分布及び平均反応度を三次元モデルを用
いて算出し、算出された結果に基づいて運転条件
を求める。求められた運転条件と運転制約条件
（熱的制限）とを比較し、得られた結果がこの熱
的制限を満足するか否かを判定する。算出装置４
１２で得られたすべての情報（判定結果も含む）
はCRT装置４２に表示される。算出装置４１２
は、CRT装置４２を介してのオペレータとの対
話を繰返しながら与えられる△ρrpdを実現する
ための具体的な制御棒位置を決定する。さらに算
出装置４１２は、オペレータとの対話を何回か繰
返した後、求められた運転条件と熱的制限とを比
較し、その算出結果が熱的制限を満足するか否か
を最終的に判定する。判定により満足しないとさ
れた場合には、算出装置４１２は、一点炉モデル
演算装置３に対して一点炉モデルの修正指令を出
力する。前述の最終判定の結果、制約条件が満足
された場合には、算出装置４１２は、決定した制
御棒位置を制御棒パターン発生装置４３に出力す
る。制御棒パターン発生装置４３は、遂次制御棒
を与えられた手順によつて操作する。このように
一点炉モデル演算装置３は常に現時点の出力から
目標出力までの最短時間制御法を与えるものであ
るが、三次元中性子分布演算装置４は周期△Ｔご
とに一点炉モデル演算装置３からの指令を受け
て、その時点での△ρrpdを実現する制御手段を
探がすものである。制御手段が選択された後、一
点炉モデル演算装置３で得られた最短時間の運転
指令に基づいて制御棒、流量、圧力、給水温度を
操作することが行なわれる。
原子炉反応度推定器５は、原子炉プラント１の
計測データを入力して常に実際の原子炉に加えら
れた制御棒による反応度△ρrpdを求める。この
反応度△ρrpdは、比較判定器６に入力されて一
点炉モデル演算装置３で求められた最適反応度△
ρrpdと比較される。比較判定器６は、すべての
制御棒操作シーケンスが終了しても、現実の反応
度△ρrpdが目標値である最適反応度△ρrpdに達
しない時に、三次元中性子分布演算装置４に三次
元モデルの修正指令を出す。これによつて、三次
元モデルがより精度の高いモデルに修正されるの
で、以後における本実施例の制御装置の制御手段
決定の精度が向上する。
計測データを入力して常に実際の原子炉に加えら
れた制御棒による反応度△ρrpdを求める。この
反応度△ρrpdは、比較判定器６に入力されて一
点炉モデル演算装置３で求められた最適反応度△
ρrpdと比較される。比較判定器６は、すべての
制御棒操作シーケンスが終了しても、現実の反応
度△ρrpdが目標値である最適反応度△ρrpdに達
しない時に、三次元中性子分布演算装置４に三次
元モデルの修正指令を出す。これによつて、三次
元モデルがより精度の高いモデルに修正されるの
で、以後における本実施例の制御装置の制御手段
決定の精度が向上する。
以上述べた制御装置によつて行なわれる処理内
容を時系列的に示したものが第５図である。その
内容を順次説明する。
容を時系列的に示したものが第５図である。その
内容を順次説明する。
まず、データ収録装置２から一点モデル推定部
３１１に一点炉モデルに必要なデータが取込まれ
る。そして、そこで運転制約条件が求められる。
次に一点炉モデル３１２は、運転制約条件を入し
て一点炉モデルの係数等を決め、一点炉モデルを
確立する。最短時間制御則算出装置３２は、前述
のように現在の出力から目標出力まで最短時間で
出力を変えられる制御を求めるとともにこの制御
情報及び得られた△ρrpdを三次元中性子分布演
算装置４に出力する。三次元中性子分布演算装置
４は、データ収録装置２からの三次元モデル用の
データを取込んで最も信頼できる運転制約条件を
求めるとともに三次元モデルを確立する。その
後、三次元中性子分布演算装置４において、一点
炉モデルにより与えられた制御棒及び炉心流量等
の運転指令に対する中性子分布及び反応度等を算
出し、これらの算出結果に基づいて運転条件をさ
らに算出するとともに求められた運転条件と運転
制約条件（熱的制限）との比較を行つて運転条件
の合否を判定する。さらにCRT装置４２を介し
ての対話処理を行ない、三次元中性子分布演算装
置４は、△ρrpdを実現するための制御棒位置を
決定する。このような三次元中性子分布演算装置
４内の処理が繰返された後、三次元中性子分布演
算装置４は、第５図のR1で示した条件(a)を満足
するかどうかの判定、すなわち求められた運転条
件が運転制約条件（熱的制限）を満足するか否か
の判定を行う。例えば、一点炉モデル演算装置３
に組み込まれている一点炉モデル、又は一点炉モ
デルに対する運転制限条件が非常に不適当である
と、三次元分布演算装置４において、熱的制限を
満足し、かつ目標の△ρrpdを実現する制御棒配
列を探索しても見つからない場合がある。このと
きは条件(a)による判定で前述の求められた運転条
件が否となり、一点炉モデル及びその制約条件が
不適当と判断し、一点炉モデルの確立を行なう。
運転条件が条件(a)の判定で満足するとされた場合
には、三次元分布演算装置４は、制御棒を操作す
る制御棒駆動装置等の制御手段に操作の指令を出
力する。もし、すべての制御棒操作シーケンスが
終了しても、原子炉反応度推定器５で得られた現
実の反応度△ρrpdが目標値である△ρrpdに到達
しない（第５図のR2で示す条件(b)）と比較判定
器６で判定された時、比較判定器６は偏差信号δ
（＝△ρrpd−△ρrpd）を三次元分布演算装置４に
出力する。偏差信号δを入力した三次元分布演算
装置４は、三次元モデルの改良を行なつた上で、
新たに追加して動かすべき制御棒を探索する。も
し、△ρrpdが制御棒操作シーケンスの途中で目
標値△ρrpdになつたときには、条件(b)によりそ
の時点で制御棒の操作をやめる。次に他の制御棒
操作量である再循環流量、炉圧力設定点、給水温
度設定点を順次操作して、目標の炉心流量、炉圧
力、給水温度を達成する。したがつて、この段階
で一点炉モデルで求めた最短時間制御がある制御
時間において加えられたことになる。制御が行な
われている間、出力が監視される。また、ある制
御時点で最適時点まで、実際の炉出力と一点炉モ
デル演算装置３で求まつている最適解（炉出力）
の差を監視し、この差が規定値より小さいとの条
件（第５図のR3で示す条件(c)）を満足しないと
き、すなわち前述の差が規定値以上になつたと
き、再び一点炉モデルの更正とその時点の出力か
ら目標出力までの最短時間制御を求めさせる。第
５図には、各項目と具体的な実行手順を時間を横
軸にして示してある。しかし、現実には、サンプ
リング周期△Ｔは第４図に示すゼノンの過渡特性
から約１時間前後で十分なので、各演算装置の実
行時間、特にCRTによる対話を利用した三次元
分布演算装置４の結果を得るまでの時間に対して
も十分余裕がある。また制御棒を操作する時間、
流量、圧力、給水温度を原子炉及びプラントに大
きな過渡的変動をもたらさないように変えるに要
する時間は、ゼノンの動特性が十分緩やかである
ことを考えれば問題とならないし、又、上記制御
量を操作する順番もさして問題とはならない。
３１１に一点炉モデルに必要なデータが取込まれ
る。そして、そこで運転制約条件が求められる。
次に一点炉モデル３１２は、運転制約条件を入し
て一点炉モデルの係数等を決め、一点炉モデルを
確立する。最短時間制御則算出装置３２は、前述
のように現在の出力から目標出力まで最短時間で
出力を変えられる制御を求めるとともにこの制御
情報及び得られた△ρrpdを三次元中性子分布演
算装置４に出力する。三次元中性子分布演算装置
４は、データ収録装置２からの三次元モデル用の
データを取込んで最も信頼できる運転制約条件を
求めるとともに三次元モデルを確立する。その
後、三次元中性子分布演算装置４において、一点
炉モデルにより与えられた制御棒及び炉心流量等
の運転指令に対する中性子分布及び反応度等を算
出し、これらの算出結果に基づいて運転条件をさ
らに算出するとともに求められた運転条件と運転
制約条件（熱的制限）との比較を行つて運転条件
の合否を判定する。さらにCRT装置４２を介し
ての対話処理を行ない、三次元中性子分布演算装
置４は、△ρrpdを実現するための制御棒位置を
決定する。このような三次元中性子分布演算装置
４内の処理が繰返された後、三次元中性子分布演
算装置４は、第５図のR1で示した条件(a)を満足
するかどうかの判定、すなわち求められた運転条
件が運転制約条件（熱的制限）を満足するか否か
の判定を行う。例えば、一点炉モデル演算装置３
に組み込まれている一点炉モデル、又は一点炉モ
デルに対する運転制限条件が非常に不適当である
と、三次元分布演算装置４において、熱的制限を
満足し、かつ目標の△ρrpdを実現する制御棒配
列を探索しても見つからない場合がある。このと
きは条件(a)による判定で前述の求められた運転条
件が否となり、一点炉モデル及びその制約条件が
不適当と判断し、一点炉モデルの確立を行なう。
運転条件が条件(a)の判定で満足するとされた場合
には、三次元分布演算装置４は、制御棒を操作す
る制御棒駆動装置等の制御手段に操作の指令を出
力する。もし、すべての制御棒操作シーケンスが
終了しても、原子炉反応度推定器５で得られた現
実の反応度△ρrpdが目標値である△ρrpdに到達
しない（第５図のR2で示す条件(b)）と比較判定
器６で判定された時、比較判定器６は偏差信号δ
（＝△ρrpd−△ρrpd）を三次元分布演算装置４に
出力する。偏差信号δを入力した三次元分布演算
装置４は、三次元モデルの改良を行なつた上で、
新たに追加して動かすべき制御棒を探索する。も
し、△ρrpdが制御棒操作シーケンスの途中で目
標値△ρrpdになつたときには、条件(b)によりそ
の時点で制御棒の操作をやめる。次に他の制御棒
操作量である再循環流量、炉圧力設定点、給水温
度設定点を順次操作して、目標の炉心流量、炉圧
力、給水温度を達成する。したがつて、この段階
で一点炉モデルで求めた最短時間制御がある制御
時間において加えられたことになる。制御が行な
われている間、出力が監視される。また、ある制
御時点で最適時点まで、実際の炉出力と一点炉モ
デル演算装置３で求まつている最適解（炉出力）
の差を監視し、この差が規定値より小さいとの条
件（第５図のR3で示す条件(c)）を満足しないと
き、すなわち前述の差が規定値以上になつたと
き、再び一点炉モデルの更正とその時点の出力か
ら目標出力までの最短時間制御を求めさせる。第
５図には、各項目と具体的な実行手順を時間を横
軸にして示してある。しかし、現実には、サンプ
リング周期△Ｔは第４図に示すゼノンの過渡特性
から約１時間前後で十分なので、各演算装置の実
行時間、特にCRTによる対話を利用した三次元
分布演算装置４の結果を得るまでの時間に対して
も十分余裕がある。また制御棒を操作する時間、
流量、圧力、給水温度を原子炉及びプラントに大
きな過渡的変動をもたらさないように変えるに要
する時間は、ゼノンの動特性が十分緩やかである
ことを考えれば問題とならないし、又、上記制御
量を操作する順番もさして問題とはならない。
本実施例は、非線形システムである原子炉の出
力制御を、一点炉モデルおよび三次元モデルを適
宜使い分け、また必要に応じてそれらを繰返し用
いることによつて、具体的にかつ短時間に求める
ことができる。従つて、従来、全くオペレータの
経験に頼つていたBWRの大幅な出力変更時にお
いて、全体的な制御の方策、すなわち最も短かい
時間で出力変更を完了できる適切な制御を短時間
に指示できる。このため、BWRの出力変更を安
全にしかも短時間に行うことができ、電力系統に
対する負荷の追従性が向上する。
力制御を、一点炉モデルおよび三次元モデルを適
宜使い分け、また必要に応じてそれらを繰返し用
いることによつて、具体的にかつ短時間に求める
ことができる。従つて、従来、全くオペレータの
経験に頼つていたBWRの大幅な出力変更時にお
いて、全体的な制御の方策、すなわち最も短かい
時間で出力変更を完了できる適切な制御を短時間
に指示できる。このため、BWRの出力変更を安
全にしかも短時間に行うことができ、電力系統に
対する負荷の追従性が向上する。
特に、本実施例では、一点炉モデルを用いて原
子炉出力を目標出力に上昇させるのに好適な制御
手法を求め、この一点炉モデルにて得られた制御
手法を三次元モデルに入力してその制御手法が適
切か否かの評価を三次元モデルにて行なつてい
る。従つて、原子炉出力を目標出力まで上昇させ
る適切な制御手法を短時間で得ることができ、し
かも電子計算機のメモリ容量も少なくてすむ。一
点炉モデルにて得られる制御手法は原子炉出力を
目標出力に最短時間で上昇させるものであり、し
かも本実施例でその出力上昇の適切な制御手段を
短時間で求めることができるので、実際に原子炉
出力を目標出力まで上昇させるのに要する時間が
著しく短縮できる。電子計算機も、小型のもので
よい。
子炉出力を目標出力に上昇させるのに好適な制御
手法を求め、この一点炉モデルにて得られた制御
手法を三次元モデルに入力してその制御手法が適
切か否かの評価を三次元モデルにて行なつてい
る。従つて、原子炉出力を目標出力まで上昇させ
る適切な制御手法を短時間で得ることができ、し
かも電子計算機のメモリ容量も少なくてすむ。一
点炉モデルにて得られる制御手法は原子炉出力を
目標出力に最短時間で上昇させるものであり、し
かも本実施例でその出力上昇の適切な制御手段を
短時間で求めることができるので、実際に原子炉
出力を目標出力まで上昇させるのに要する時間が
著しく短縮できる。電子計算機も、小型のもので
よい。
一点炉モデル演算装置３の出力として、制御棒
の反応度変化△ρrpdのかわりに、制御棒の全炉
心に対する平均的な増倍係数の変化△ｋrpd用い
る事も可能で、(4)式の関係があるので、全く同様
の構成と方式で同じ効果が得られることは明らか
である。
の反応度変化△ρrpdのかわりに、制御棒の全炉
心に対する平均的な増倍係数の変化△ｋrpd用い
る事も可能で、(4)式の関係があるので、全く同様
の構成と方式で同じ効果が得られることは明らか
である。
△ρrpd＝△ｋｒｐｄ−１／△ｋｒｐｄ …(4)
また、三次元モデルがあらゆる状況において非
常に精度が良い場合には、反応度推定器６とそれ
にともなう機能を省略する事が出来るのは当然で
ある。
常に精度が良い場合には、反応度推定器６とそれ
にともなう機能を省略する事が出来るのは当然で
ある。
本発明によれば、原子炉の出力変更を最短時間
にしかも安全に行ない得る制御を、短時間に指示
することができる。従つて、原子炉の出力変更を
短時間に完了することができる。また、電子計算
機のメモリ容量も少なくてすむ。
にしかも安全に行ない得る制御を、短時間に指示
することができる。従つて、原子炉の出力変更を
短時間に完了することができる。また、電子計算
機のメモリ容量も少なくてすむ。
第１図は沸騰水形原子炉の典形的な運転特性と
運転許容範囲を示した特性図、第２図は本発明に
なる大幅出力変更装置の基本構成図、第３図は一
点炉モデル演算部によつて算出された最短時間制
御則の一例を示した説明図、第４図は出力（又は
中性子束）のステツプ状減少にともなうゼノン濃
度の過渡変化を示す図、第５図は基本構成図であ
る第２図の各演算機能の実行状況を示した特性図
である。 １……原子力プラント、３……一点炉モデル演
算装置、４……三次元分布演算装置、５……反応
度推定装置、６……比較判定器、３１……一点炉
モデル模擬要素、３２……最短時間制御則算出装
置、４１……三次元分布算出装置、４２……
CRT対話装置、４３……制御棒駆動パターン発
生装置、３１１……一点炉モデル推定部、３１２
……一点炉モデル部、４１１……運転制限条件算
出部、４１２……三次元中性子分布及び制御棒反
応度算出装置。
運転許容範囲を示した特性図、第２図は本発明に
なる大幅出力変更装置の基本構成図、第３図は一
点炉モデル演算部によつて算出された最短時間制
御則の一例を示した説明図、第４図は出力（又は
中性子束）のステツプ状減少にともなうゼノン濃
度の過渡変化を示す図、第５図は基本構成図であ
る第２図の各演算機能の実行状況を示した特性図
である。 １……原子力プラント、３……一点炉モデル演
算装置、４……三次元分布演算装置、５……反応
度推定装置、６……比較判定器、３１……一点炉
モデル模擬要素、３２……最短時間制御則算出装
置、４１……三次元分布算出装置、４２……
CRT対話装置、４３……制御棒駆動パターン発
生装置、３１１……一点炉モデル推定部、３１２
……一点炉モデル部、４１１……運転制限条件算
出部、４１２……三次元中性子分布及び制御棒反
応度算出装置。
Claims (1)
- １ 原子炉の一点炉モデルに前記原子炉の状態量
を入力し、現在の原子炉出力を目標の原子炉出力
に最短時間で変更できる運転指令を、前記一点炉
モデルの制約条件下で前記一点炉モデルにて求
め、得られた前記運転指令に対応して原子炉出力
を制御した場合における原子炉出力の局所状態を
三次元モデルにより予測し、予測した前記局所状
態が熱的制約条件を満足する場合は、前記運転指
令を実行するのに必要な出力制御手段を選択して
その出力制御手段を順次操作し、予測した前記局
所状態が前記熱的条件を満足しない場合は、前記
一点炉モデルまたは前記三次元モデルを修正した
後、前述の処理を繰返す原子炉の運転制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50087283A JPS5211392A (en) | 1975-07-18 | 1975-07-18 | Starting device of nuclear reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50087283A JPS5211392A (en) | 1975-07-18 | 1975-07-18 | Starting device of nuclear reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5211392A JPS5211392A (en) | 1977-01-28 |
| JPS623400B2 true JPS623400B2 (ja) | 1987-01-24 |
Family
ID=13910448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50087283A Granted JPS5211392A (en) | 1975-07-18 | 1975-07-18 | Starting device of nuclear reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5211392A (ja) |
-
1975
- 1975-07-18 JP JP50087283A patent/JPS5211392A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5211392A (en) | 1977-01-28 |
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