СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1995 года по МПК F01K13/02 

Изобретение относится к тепловой энергетике и касается способа управления по мощностному каналу пуском источника тепловой энергии (ИТЭН), измерение мощности которого осуществляется с погрешностью, большей 10% но меньшей определенной максимальной величины.

Известен способ управления пуском источника тепловой энергии (ядерного реактора), аналогичный предлагаемому способу и включающий управление по мощностному каналу с последующим переходом на температурный канал. Однако наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, также разработанный для ядерного реактора и включающий управление его разогревом по мощностному каналу, в процессе которого увеличивают задающее воздействие по временной программе при положительном сигнале рассогласования между заданным значением регулируемой температуры и ее измеренным значением, а с появлением отрицательного сигнала рассогласования осуществляют переход на регулирование температуры источника энергии, причем формирование сигнала рассогласования осуществляют при наличии зоны нечувствительности.

В качестве задающего воздействия мощностного канала управления ядерным реактором (ЯР) обычно используют программное изменение электрического тока ионизационной камеры (ИК), которое выбирают в соответствии с расчетным изменением мощности ЯР. В способе-прототипе эта программа предусматривает увеличение задающего воздействия (после установленного момента времени) до заданного уровня, на котором тепловая мощность ЯР может превышать (при определенной погрешности градуировки ИК) ее значение на режиме регулирования заданной температуры в конце разогрева ЯР. Более того может быть превышен допустимый уровень мощности ЯР.

Недостатком известного способа является возможность превышения предельно допустимого уровня тепловой мощности при разогреве источника тепловой энергии из-за погрешности измерения мощности, что приводит к перегреву отдельных элементов конструкции источника энергии и к недопустимым термомеханическим напряжениям в ней.

Задача на выполнение которой направлено изобретение, предотвращение стабилизации мощности ИТЭН выше допустимого уровня и тем самым повышение точности регулирования мощности и обеспечение выполнения ограничений на нерегелируемые температуры и термомеханические напряжения в этом источнике при сохранении статической точности регулирования заданной температуры в конце пускового режима.

Технический результат заключается в прекращении программного увеличения задающего воздействия (а значит и мощности ИТЭН) по неположительному (нулевому или отрицательному) значению упомянутого сигнала рассогласования, которое формируется при достижении регулируемой температуры ИТЭН нижней границы зоны нечувствительности сигнала рассогласования, после чего формируется корректирующий сигнал и по нему указанная нижняя граница устанавливается на более высоком уровне, идентичном способу-прототипу, для обеспечения статической точности регулирования температуры.

Этот результат достигается тем, что на этапе управления разогревом ИТЭН по мощностному каналу при увеличении задающего воздействия по временной программе, когда сигнал рассогласования по регулируемой температуре имеет положительный знак с последующим переходом при отрицательном значении сигнала рассогласования на регулирование температуры источника энергии, причем этот сигнал формируется при наличии зоны нечувствительности, перед началом изменения задающего воздействия устанавливают нижнюю границу на уровне, который при максимальной погрешности измерения мощности соответствует допустимому превышению мощности источника энергии во время пуска над уровнем его мощности в процессе регулирования температуры в конце этапа разогрева источника энергии, и по неположительному значению сигнала рассогласования, который формируется при достижении регулируемой температурой указанной нижней границы, прекращают программное увеличение задающего воздействия, после чего формируют корректирующий сигнал и по нему устанавливают нижнюю границу зоны нечувствительности на более высоком уровне, обеспечивающем требуемую статическую точность регулирования температуры.

Кроме того, формирование корректирующего сигнала осуществляют при отрицательном сигнале рассогласования, а при отсутствии этого сигнала в течение заданного отрезка времени после упомянутого прекращения программного увеличения задающего воздействия формирование корректирующего сигнала осуществляют по конечному моменту указанного отрезка времени.

На чертеже показано изменение во времени параметров ИТЭН при управлении его разогревом от начального до заданного уровня температуры с последующим регулированием температуры на этом уровне. За основу взят процесс управления пуском ЯР по способу-прототипу (кривые, построенные штриховыми линиями), для которого показано
Δ I_зд. и Δ N увеличение задающего воздействия мощностного канала до заданного уровня и соответствующее ему увеличение тепловой мощности;
Δ N_д. допустимое превышение мощности ИТЭН (над уровнем N_ст);
I_ст. и N_ст. стационарные уровни задающего воздействия и мощности во время регулирования температуры в конце этапа разогрева ИТЭН (ЯР);
Т и Т_зд регулируемая температура и заданный уровень разогрева ИТЭН (ЯР);
-Δ Т_пуск начальная величина зоны нечувствительности сигнала рассогласования по температуре Т_н.гр.о= (Т_зд.- Δ Т_пуск) уровень начального значения нижней границы этой зоны нечувствительности;
Δ Т_ст. зона нечувствительности сигнала рассогласования во время регулирования температуры;
t время;
t_ост,i моменты прекращения увеличения задающего воздействия; i=1, 2, 3;
t_кор. момент формирования корректирующего сигнала (t_кор.2 через заданный отрезок времени (t_кор.2-t_ост.2)).

Кривые, построенные сплошными и штрих-пунктирными линиями, соответствуют предлагаемому способу (варианты с Δ N_max>0 и Δ N<0).

П р и м е р. Реализация способа иллюстрируется результатами расчета энергетического пуска ЯР в составе ядерной энергетической установки, рассмотренной в упомянутом источнике информации о способе-прототипе. После расчетно-экспериментального исследования динамики физических процессов во время пуска энергоустановки и градуировки ИК выбирают программу изменения во времени задающего воздействия I_зд. (t) мощностного канала управления. Этой программе соответствует то или иное изменение мощности ЯР в зависимости от погрешности градуировки ИК (погрешности определения мощности).

В прототипе максимальный уровень задающего воздействия (I_зд.+I_зд.) выбирается из условия разогрева ЯР до заданного уровня температуры Т_зд. даже при отрицательной погрешности определения мощности. Однако, если погрешность будет больше ± 10% то при реализации максимальной положительной погрешности (в прототипе она оценивается +20% Nст.) возможно превышение допустимого уровня мощности, а значит и перегрев отдельных элементов конструкции ЯЭУ и излишние термомеханические напряжения в ней. (Погрешность менее ± 10% обычно не представляет подобной опасности).

На чертеже сплошными и штриховыми линиями построены кривые изменения мощности, а также I_зд.(t) и T(t) для предлагаемого способа и прототипа в случае максимального значения указанной погрешности. Для этого варианта пускового процесса путем расчетно-экспериментальных исследований определяется значение температуры Т(t_ост.1), при котором мощность ЯР достигает предельно-допустимого уровня (N_ст.+ + Δ N_д.). Эта температура принимается за начальное значение нижней границы зоны нечувствительности Т_н.гр.о=Т(t_ост.1) в канале формирования сигнала рассогласования по температуре, т.е. отрицательная составляющая зоны нечувствительности равна -Δ Т_пуск=(Т_н.гр.о.-Т_зд.). Пока температура ЯР находится в пределах зоны нечувствительности Т_н.гр. ≅T≅ (Т_зд.+ Т_ст) на выходе этой зоны будет нулевой сигнал рассогласования. Поэтому предлагается осуществлять программное увеличение I_зд.(t) только при положительном сигнале рассогласования, а в момент t_ост.1 по нулевому значению этого сигнала (тем более при отрицательном сигнале) прекращать увеличение I_зд.(t). Тем самым ограничивается мощность ЯР на допустимом уровне.

Дальнейшее увеличение температуры T(t) при постоянной мощности продолжается с меньшей скоростью, что снижает перерегулирование температуры при выходе из зоны нечувствительности. В момент этого выхода (при Т Т_зд.+ Δ Т_ст.) появляется отрицательный сигнал рассогласования, по которому в предлагаемом способе, как и в прототипе, осуществляется переход к регулированию температуры. Статическая точность этого регулирования определяется в основном зоной нечувствительности ±Δ Т_ст. Поэтому с переходом к регулированию температуры в предлагаемом способе необходимо установить нижнюю границу зоны нечувствительности на соответствующем более высоком уровне, равном (Т_зд.- -Δ Т_ст.). (Одним из способов повышения уровня нижней границы может быть увеличение запирающего напряжения в электронной схеме).

Указанное изменение нижней границы осуществляется по корректирующему сигналу t_кор. Этот сигнал формируется, во-первых, при появлении отрицательного сигнала рассогласования, т.е. при переходе к регулированию температуры (t_кор.1.). Однако в случае реализации отрицательных погрешностей как определения мощности, так и расчетно-экспериментального исследования, выбранной программе I_зд.(t) будет соответствовать существенно меньшая мощность ЯР (см. штрих-пунктирные линии на фигуре). В свою очередь это приведет к меньшей скорости увеличения температуры, которая после прекращения роста I_зд.(t) в момент t_ост.2 может застабилизироваться на уровне меньшем, чем (Т_зд.- Δ Т_ст.), т.е. пуск ЯР будет не закончен, и не произойдет переход к регулированию температуры.

Для предотвращения подобной ситуации предлагается дополнительная операция формирования корректирующего сигнала. Вводится заданный отрезок времени, величина которого также определяется в процессе указанного исследования и который начинается с момента прекращения увеличения I_зд.(t) (момент t_ост.). При отсутствии корректирующего сигнала к моменту окончания заданного отрезка времени t_кор.2 этот сигнал формируется в указанный момент времени независимо от знака сигнала рассогласования.

По корректирующему сигналу нижняя граница зоны нечувствительности поднимается до уровня (Т_зд.- Δ Т_ст.) и, если произошел недогрев ЯР, т.е. Т(t_кор.2) (Т_зд. Δ Т_cт.), то сигнал рассогласования по температуре станет положительным и возобновится программное увеличение задающего воздействия I_зд.(t). Оно будет продолжаться, пока температура T(t) не возрастет до нового уровня нижней границы зоны нечувствительности (момент t_ост.3). Тем самым будет осуществлен разогрев ЯР до заданной температуры Т(t)=Т_зд. ±Δ Т_ст.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить управление пуском ЯР, а также может применяться для других источников тепловой энергии, мощность которых измеряется с существенной погрешностью, что может привести как к их перегреву, так и к недогреву (в зависимости от знака погрешности). Необходимым условием реализации способа является ограничение погрешности измерения мощности известной максимальной величиной.

Использование: энергетика, для управления по мощностному каналу пуском источника тепловой энергии. Сущность изобретения: на этапе управления разогревом источника тепловой энергии по мощностному каналу при увеличении задающего воздействия по временной программе, когда сигнал рассогласования по регулируемой температуре имеет положительный знак, с последующим переходом при отрицательном значении сигнала рассогласования на регулирование температуры источника энергии, причем этот сигнал формируется при наличии зоны нечувствительности, перед началом изменения задающего воздействия устанавливают нижнюю границу указанной зоны нечувствительности на уровне, который при максимальной погрешности измерения мощности соответствует допустимому превышению мощностии источника энергии во время пуска над уровнем его мощности в процессе регулирования темпераутры в конце этапа разогрева источника энергии, и по неположительному значению сигнала рассогласования, который формируется при достижении регулируемой температурой указанной нижней границы, прекращают программное увеличение задающего воздействия, после чего формируют корректирующий сигнал и по нему устанавливают нижнюю границу зоны нечувствительности на более высоком уровне, обеспечивающем требуемую статическую точность регулирования температуры. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, включающий на этапе разогрева последнего управление по мощностному каналу с увеличением задающего воздействия по временной программе при положительном сигнале рассогласования между заданным значением регулируемой температуры и ее измеренным значением, а при появлении отрицательного сигнала рассогласования - регулирование температуры источника энергии, причем формирование сигнала рассогласования осуществляют с учетом зоны нечувствительности, отличающийся тем, что перед началом изменения задающего воздействия устанавливают нижнюю границу указанной зоны нечувствительности на уровне, соответствующем измеряемому значению регулируемой температуры, которое при максимальной погрешности измерения мощности соответствует допустимому превышению мощности источника энергии во время пуска над уровнем его мощности в процессе регулирования температуры в конце этапа разогрева, а при увеличении регулируемой температуры во время разогрева источника тепловой энергии до уровня нижней границы зоны нечувствительности прекращают увеличение мощности, останавливая программное изменение задающего воздействия, после чего нижнюю границу зоны нечувствительности изменяют до уровня большего измеряемого значения регулируемой температуры, соответствующего требуемой статической точности регулирования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение нижней границы зоны нечувствительности осуществляют при отрицательном сигнале рассогласования, а при его отсутствии в течение заданного отрезка времени после прекращения программного увеличения задающего воздействия по конечному моменту указанного отрезка времени.