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第1章 核反应堆控制概述1

1.1 引言1

1.2 核反应堆控制的物理基础2

1.3 反应性控制4

1.3.1 中子吸收体移动控制5

1.3.2 慢化剂液位控制6

1.3.3 燃料控制6

1.3.4 反射层控制6

1.4 核电厂稳态运行方案6

1.4.1 二回路蒸汽压力恒定方案8

1.4.2 冷却剂平均温度恒定方案8

1.4.3 冷却剂出口温度恒定方案9

1.4.4 冷却剂平均温度程序方案9

1.5 核电厂运行控制模式10

1.5.1 基本负荷运行模式10

1.5.2 负荷跟踪运行模式10

习题10

第2章 线性离散控制系统的分析方法11

2.1 概述11

2.2 离散控制系统的信号转换12

2.2.1 采样-保持器12

2.2.2 数-模转换器12

2.2.3 模-数转换器13

2.3 连续信号的采样及其重构14

2.3.1 连续信号的采样14

2.3.2 采样信号的重构17

2.4 离散系统的差分方程及其求解20

2.4.1 用差分方程描述离散系统20

2.4.2 差分方程的解法20

2.5 Z变换21

2.5.1 Z变换定义21

2.5.2 Z反变换22

2.5.3 Z变换性质和定理23

2.5.4 Z变换计算方法23

2.6 线性离散系统的脉冲传递函数28

2.6.1 脉冲传递函数的定义28

2.6.2 环节串联的脉冲传递函数29

2.6.3 闭环系统的脉冲传递函数30

2.7 数字PID控制器31

习题33

第3章 线性控制系统的状态空间分析方法34

3.1 状态空间表达式34

3.1.1 基本概念34

3.1.2 列写系统状态空间表达式的一般步骤36

3.2 连续系统的状态空间表达式38

3.2.1 由微分方程建立状态空间表达式38

3.2.2 根据传递函数建立状态空间表达式39

3.2.3 根据结构图建立状态空间表达式44

3.2.4 传递函数与状态空间表达式之间的关系46

3.3 线性定常连续系统的线性变换47

3.4 线性定常系统的状态方程求解50

3.4.1 齐次状态方程求解50

3.4.2 非齐次状态方程求解51

3.5 离散系统的状态空间表达式53

3.5.1 由差分方程建立状态空间表达式53

3.5.2 根据脉冲传递函数建立状态空间表达式54

3.5.3 连续状态空间方程的离散化55

3.6 线性定常系统的能控性和能观测性57

3.6.1 线性定常系统的能控性57

3.6.2 线性定常系统的能观测性58

习题59

第4章 核反应堆动力学模型61

4.1 系统数学模型概述61

4.2 核反应堆动态方程62

4.2.1 点堆动态方程62

4.2.2 核反应堆近似模型63

4.2.3 反应性方程64

4.2.4 氙的效应及其动态方程68

4.3 核反应堆的瞬态响应分析69

4.3.1 考虑六组缓发中子的瞬态响应分析69

4.3.2 等效单组缓发中子的瞬态响应分析71

4.3.3 常源近似的瞬态响应分析73

4.3.4 瞬跳近似的瞬态响应分析73

4.3.5 时域响应的数值解法74

4.4 核反应堆的传递函数77

4.4.1 概述77

4.4.2 零功率核反应堆的传递函数78

4.4.3 具有温度反馈核反应堆系统的传递函数80

4.5 核反应堆的频率特性81

4.5.1 概述81

4.5.2 零功率核反应堆的频率特性83

4.5.3 具有温度反馈核反应堆系统的频率特性85

4.6 氙产生过程的传递函数和频率特性86

4.7 核反应堆的离散化模型88

4.7.1 核反应堆的差分方程88

4.7.2 核反应堆的脉冲传递函数89

4.8 核反应堆的状态空间表达式90

习题93

第5章 核反应堆控制系统的稳定性分析94

5.1 控制系统的性能与分析94

5.1.1 控制系统的基本性能94

5.1.2 线性系统的稳定性分析95

5.2 核反应堆系统的稳定性分析95

5.2.1 核反应堆系统的根轨迹与稳定性分析95

5.2.2 两路并联温度反馈核反应堆系统的稳定性分析99

5.2.3 两路串联温度反馈核反应堆系统的稳定性分析103

5.2.4 具有氙毒反馈核反应堆系统的稳定性分析106

5.2.5 石墨气冷动力堆系统的稳定性分析107

5.3 实验研究型核反应堆控制系统的稳定性分析109

5.3.1 实验重水堆功率控制系统的稳定性分析109

5.3.2 研究堆功率控制系统的稳定性分析113

5.4 动力堆控制系统的稳定性分析115

5.4.1 不带位置反馈控制系统的稳定性分析116

5.4.2 具有位置反馈控制系统的稳定性分析118

5.5 核反应堆数字控制系统的稳定性分析123

5.5.1 S平面与Z平面的映射关系123

5.5.2 稳定性判据124

5.5.3 核反应堆功率数字控制系统的稳定性分析128

5.6 核反应堆稳定性的状态空间分析130

5.6.1 李亚普诺夫第二法基本概念130

5.6.2 线性定常连续系统的李亚普诺夫稳定性分析131

5.6.3 线性定常离散系统的李亚普诺夫稳定性分析133

5.6.4 核反应堆系统的李亚普诺夫稳定性分析134

习题135

第6章 压水堆核电厂控制138

6.1 概述138

6.1.1 压水堆核电厂138

6.1.2 压水堆核电厂的控制系统139

6.1.3 核反应堆自稳自调特性141

6.2 压水堆功率分布控制143

6.2.1 轴向功率分布的描述143

6.2.2 限制功率分布的有关准则144

6.2.3 保护梯形与运行梯形146

6.2.4 模式A运行梯形148

6.2.5 模式G运行梯形149

6.2.6 运行梯形实例149

6.2.7 轴向功率分布的监测与控制152

6.3 控制棒及其驱动机构154

6.3.1 控制棒棒束组件154

6.3.2 控制棒的性能157

6.3.3 控制棒驱动机构与移动程序158

6.3.4 控制棒位置160

6.4 压水堆功率控制160

6.4.1 功率控制系统161

6.4.2 冷却剂平均温度控制系统164

6.4.3 功率控制特性分析169

6.4.4 硼浓度控制171

6.4.5 硼浓度调节的应用174

6.5 控制棒位置监测177

6.5.1 控制棒位置探测器177

6.5.2 控制棒位置监测系统179

6.6 稳压器压力和液位控制179

6.6.1 稳压器压力控制系统181

6.6.2 稳压器液位控制系统183

6.6.3 稳压器控制的瞬态特性185

6.7 蒸汽发生器液位控制186

6.7.1 蒸汽发生器液位控制系统187

6.7.2 主给水泵转速控制系统189

6.8 蒸汽排放控制190

6.8.1 向凝汽器和除氧器的蒸汽排放控制190

6.8.2 向大气的蒸汽排放控制194

6.9 汽轮机控制195

6.9.1 汽轮发电机组的负荷特性195

6.9.2 汽轮机控制系统的工作原理196

6.9.3 调节阀驱动机构200

习题201

第7章 其他堆型核电厂控制202

7.1 重水堆核电厂控制202

7.1.1 坎杜堆功率控制系统205

7.1.2 蒸汽发生器压力控制系统209

7.2 沸水堆核电厂控制210

7.2.1 沸水堆核电厂的控制系统211

7.2.2 先进沸水堆核电厂的控制系统213

7.3 气冷核反应堆控制216

7.3.1 改进型气冷核反应堆的控制系统216

7.3.2 高温气冷核反应堆的控制系统216

7.4 钠冷快中子增殖核反应堆控制217

习题220

第8章 核电厂的数字控制221

8.1 概述221

8.1.1 数字控制系统的组成与特点222

8.1.2 计算机控制的分类224

8.1.3 核电厂数字化仪表与控制系统的功能与设计准则226

8.2 核电厂的集中型计算机控制228

8.2.1 坎杜堆核电厂计算机控制系统的组成228

8.2.2 坎杜堆核电厂计算机控制软件231

8.3 核电厂的集散型计算机控制233

8.3.1 核电厂集散型计算机控制系统的组成233

8.3.2 正常运行仪表与控制系统235

8.3.3 安全仪表与控制系统238

8.3.4 软件系统240

8.3.5 核电厂集散型控制总线系统241

习题244

第9章 先进压水堆核电厂控制245

9.1 非能动先进压水堆核电厂控制245

9.1.1 非能动先进压水堆核电厂概述245

9.1.2 非能动先进压水堆核电厂的控制系统247

9.1.3 非能动先进压水堆核电厂的数字化仪表与控制系统255

9.2 改进型欧洲压水堆核电厂控制259

9.2.1 改进型欧洲压水堆核电厂概述259

9.2.2 改进型欧洲压水堆核电厂数字化控制原理259

9.2.3 改进型欧洲压水堆核电厂的数字化仪表与控制系统262

习题264

参考文献265

附录1缓发中子份额和先驱核衰变常量267

附录2常用拉普拉斯变换与Z变换表270

附录3核反应堆的传递函数271

附录4核反应堆的对数频率特性曲线图273