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1、反应堆功率控制半实物仿真系统第27卷2006第3期年6月核动力工程NuclearPowerEngineeringVo1.27.NO.3JUI1.2006文章编号:0258—0926(2006)03-0092-05反应堆功率控制半实物仿真系统冯俊婷,黄晓津,张良驹(清华大学核能与新能源技术研究院,北京,100084)摘要:对于新型研究堆.其功率自动调节系统的设计缺乏基本的设计参数和依据,需要通过半实物仿真试验对功率自动控制系统的控制参数和性能进行研究半实物仿真系统是一个半实物的反应堆闭环控制系统.它根据当前功率与给定功率的偏差执行功率调节算法.输出步进电机控制信号,使步进电机正,反向转
2、动,以此达到功率调节作用.通过在半实物仿真系统上进行的各种控制方式的闭环运行试验得到结论:需根据不同的棒位区域取不同的控制器参数,才能够较好地满足预定的控制指标和性能要求.为新型研究堆功率自动调节系统的设计及闭环运行提供理论依据和技术基础.关键词:核反应堆;功率控制系统;半实物仿真系统'中图分类号:TL361文献标识码:A'1概述新型研究堆堆芯结构,燃料元件,循环方式,以及控制棒驱动方式均与压水堆核电站有很大区别.它的全数字化功率控制系统也是该领域的首次使用,在设计与运行上都需要进行探索,特别是在反应堆运行方式,控制系统的分析与设计等方面都没有成熟的模式可供借鉴,能直接引用的资料和经
3、验更少.因此,要求对新型研究堆进行功率控制系统的半实物仿真,从而根据其动态特性确定控制方案,并设计出稳定的,高性能的控制系统,为最终确定功率自动调节系统控制方案和系统的闭环运行提供技术依据.半实物仿真系统是以反应堆的实时数学模型为基础,把功率调节回路的真实设备(包括数字化功率控制器,步进电机驱动器和步进电机)与计算机模拟的实时反应堆模型联系起来,构成一个半实物的反应堆闭环控制系统.在这样的半实物仿真系统上,进行各种控制方式的闭环运行试验,在较大程度上近似真实地研究控制系统性能,用以确定功率自动调节系统的控制模型和参数.如果不进行这一项工作,功率自动调节系统的设计将缺乏科学的依据,它的
4、投入运行将是盲目的,控制目标及安全性也都无法保证.收稿F1期:2005.06.08:修回F1期:200508-262工作原理半实物仿真系统包括:①新型研究堆的实时数学模型(计算机模拟);②功率调节系统(软,硬件);③功率调节回路的设备(包括控制台,棒控接口电路,步进电机驱动器和步进电机).半实物仿真系统的功率调节装置根据当前功率与给定功率的偏差执行功率调节算法,输出步进电机控制信号,使步进电机正,反向转动;步进电机转动信号传递给堆芯实时模型,引入反应性,抑制功率偏差.在这个平台上,实现功率控制系统的闭环自动控制【lJ.3系统结构3.1lO接口卡【O接口卡由AD720l和10700两部
5、分组成.AD7201板工作原理如图l所示.信号从模拟量输入接头J2输入,经阻容元件,多路开关进入仪器放大器;由仪器放大器实现阻抗匹配和干扰抑制,再送到程控放大器;然后送到A/D芯片.PC机首先选通相应的通道,并触发A/D;A/D把模拟量转换成数字量后,PC机读取A/D结果.DA芯片用I2位独立的DA转换器实现两路DA的独立输出.板上的定时器定时给计算机发冯俊婷等:反应堆功率控制半实物仿真系统93PCI总线接口驱动及逻辑肭l巡I图1AD7201板原理框图Fig.1AD7201PrincipleDiagramJ2插座出中断指令;软件响应中断,实现实时控制功能.10700板原理框图如图2.
6、开关量输出占用4个连续地址.当用户往口地址写入数据时.数据就锁存在锁存器中;经过功率驱动芯片MC1413实现开关量驱动输出.10700板具有32路开关量输入和32路开关量输出通道.根据设计,堆芯模型在工业PC中实现.核功率值采用420mA电流,配以3位开关量量程,输入数字化控制器,作为功率调节算法参量.系统结构如图3所示.利用0—10V模拟量输出卡AD7201,还需要进一步进行V/I转换.采用M302电压/电流转换模块将0～10V电压转换为0—20mA电流之后,送至数字化控制器的AI模块.转换值由10700卡的开关量输出通道输出.M302由工业PC内部的12V电源供电.总线吨凰驱动与
7、—.f-ffk--1.译一码图210700板原理框图Fid.210700PrincipleDiagram堆芯模型及功率输出AD720lD/A输出数字化控制器功率自动调节算法M302Ⅵ转换图3堆芯模型及功率输出结构Fig.3CoreModelandPowerOutputStruetur3.2棒控接口电路控制棒控制系统接口电路在输入端接收数字化控制器输出的"转动控制信号"(开关量),"转向控制信号"(开关量)及"转速控制信号"(0—20mA模拟量),经电路转换
