大型压水堆核电机组建模研究.pdf

第27卷第2期
电カ科学与抜术学报
vol. 2
2012年6月
TOURNAL OF EIECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGY
大型压水堆核电机组建模研究
吴国旸,宋新立1,伸悟之1,谢成龙2,阙加雄2
(1.中国电力科学研究院,北京100192;2.中核武汉核电运行技术股份有限公司,湖北武汉43023)
摘要:针对目前应用最为广泛的压水堆核电机组,提出适用于电力系统机电暂态及中长期动态仿真的大型核电
机组及其控制保护系统的完整数学模型,并用于电力系统全过程动态仿真,仿真结果验证该模型的正确性和有效
性,表明该模型较为准确地反映了扰动后核电机组的动态响应过程,为研究核电站内部的过渡过程和大规模核电
机组接人电网的控制策略提供了有力工具
关键词:压水堆核电机组;电力系统;建模;动态仿真
中图分类号:TM743文献标识码:A文章编号:1673-9140(2012)02-0031-06
Modeling research on large pressurized water reactor nuclear power plant
WU Guo-yang SONG Xin-li, ZHONG Wu-zhi, XIE Cheng-long,QUE Jia-xiong
(1. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China;
2. China Nuclear Power Operation Technolodgy Co. Ltd, Wuhan 430223, China)
Abstract: For the most widely used nuclear pressurized water reactor unit, a complete mathemati-
cakmodel of large nuclear power unit and its control and protection systems is proposed in this
simulation. Simulation calculation results showed that the model can accurately represent ho io
paper. The model is suitable for power system electromechanical transient and long-term dyna
namic performance of nuclear power generating units after disturbance, and the models validity
and effectiveness were verified. The model can be used to study the internal transition process of
nuclear power plants and analyze the appropriate control strategy for the large-scale nuclear pow-
er generating units connected to the grid
Key words: PWR nuclear power plant; power system; modeling dynamic simulation
近年来,中国核电发展较快.由于核电机组单机目前,中国核电机组在控制和保护系统的设计、调试
容量大、安全要求高,核电接入电力系统后将与系统阶段,均未进行核电与电网相互影响的仿真与分析,
之间产生重大影响-们,如何确保核电机组和电力也没有考虑这些控制保护系统对电网安全运行的影
系统均能安全稳定地运行是一个极其重要的课题,响,另ー方面,由于缺乏核电机组的仿真模型,电力
收稿目期:2012-05-01
基金项目:国家电网公司重大科技项目(XT71-11-012)
通讯作者:吴国旸(1974一),男,高级工程师,主要从事电力系统仿真与分析等研究;E-mail:wugy(@epri.sgcc.com.cn
电力科学
技术学报
2012年6月
系统稳定性仿真大都以常规的火电机组模型代替核PSS/E和 PSASP建立了自定义核电机组模
电机组,未能考虑核电机组本身的特殊性.为了研究型-].但这些基于系统基点处局部线性化方法建
电力系统及核电机组对故障扰动的承受能力及其动立的模型,不能用于系统出现大扰动的情形,且模型
态行为,研究核电机组控制保护与电力系统稳定的协比较简单,假设条件较多,模拟工况受较多限制.此
调控制技术,必须建立完整详细且适用于电力系统机外,也缺乏相应的控制保护系统,尚不具备在大规模
电暂态和中长期动态仿真的核电机组数学模型.
电网电力系统动态仿真中推广应用的条件.
1983年,美国EPRI( Electric Power Research
笔者在对目前中国应用最为广泛的压水反应堆
Institute)提出了基于全网统一频率和小扰动假设机组及其控制保护系统深入研究的基础上,提出适
的压水雄核电站线性化模型,并对核电站的详细模合电力系统机电暂态和中长期动态仿真的核电机组
型和简化模型进行了对比验证].1988年,日本完整数学模型,并在全过程动态仿真程序中实现了
CRIEPI( Central Research Institute of Electric该模型
Power Industry)提出了一种适合电力系统分析的
轻水堆核电站模型.1995年,EPRI和 CRIEPI联合1大型压水堆核电机组模型
提出了适用于电力系统中长期稳定分析的核电站详
细模型,增加了大量与核电站停机相关的保护模型
压水反应堆核电机组数学模型大致划分为3个
但目前国外核电仿真技术多处于保密状态,从公开的部分,即一回路系统、二回路系统及控制保护系统
文献资料上很难看到较为详细的建模仿真技术介绍.建模过程中主要考虑对核电机组内部物理过程影响
中国对适用于电力系统暂态及中长期动态稳定较大的设备和系统,同时忽略或简化了对电网机电
分析的核电站详细模型的研究起步相对较晚.20世暂态和中长期动态响应特性影响很小的设备,如:稳
纪90年代,中国电力科学研究院联合苏州热工研究压器模型、旁通阀、截止阀等
所,进行了大亚湾核电站对电力系统安全稳定运行1.1一回路系统模型
影响的研究,建立了大亚湾核电站模型.?.然而,
回路系统主要由中子动力学模型、堆芯活性
由于模型过于复杂,通用性较差,不能满足大规模电区、压力容器、冷热管段、蒸汽发生器和主泵等模型
力系统机电暂态仿真的需要
构成,其中,热管段和冷管段模型比较简単,可以采
近年来,渐江大学和武汉大学也各自开展了核用一阶惯性环节进行模拟.各模型之间的变量传递
电建模方面的研究,并分别使用电力系统仿真程序关系如图1所示
反应堆控制
反应性计算
堆芯物理核功率」活性区
模型
模型
计算模型
模型
冷管段温度流量
冷管段温度、旁路流量
活性区温度流量
蒸汽发生器
冷管段出口温度主泵
出口温度」蒸汽发生器热管段温度」热管段し出白温度」压力容器
模型主泵出口流量模双『蒸汽发生器模双热管段流量模型
压力容器模型
出口流量
出口