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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Ps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19

2.4.1 用差分方程描述离散系统19

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22

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26

习题28

第3章 线性控制系统的状态空间分析方法30

3.1 状态空间表达式的基本概念30

3.1.1 基本概念30

3.1.2 列写系统状态空间表达式的一般步骤32

3.2 状态空间表达式的建立34

3.2.1 由微分方程建立状态空间表达式34

3.2.2 根据传递函数建立状态空间表达式35

3.2.3 传递函数与状态空间表达式之间的关系36

3.2.4 离散控制系统的状态空间表达式37

3.3 线性定常系统的线性变换39

3.4 线性定常系统的状态方程求解41

3.4.1 齐次状态方程求解41

3.4.2 非齐次状态方程求解42

3.5 线性定常系统的能控性和能观测性44

3.5.1 线性定常系统的能控性44

3.5.2 线性定常系统的能观测性45

习题47

第4章 核反应堆动力学模型49

4.1 系统数学模型概述49

4.2 核反应堆动态方程50

4.2.1 点堆动态方程50

4.2.2 核反应堆近似模型51

4.2.3 反应性方程52

4.2.4 氙的效应和动态方程56

4.3 核反应堆的瞬态响应分析57

4.3.1 考虑六组缓发中子的瞬态响应分析57

4.3.2 等效单组缓发中子的瞬态响应分析59

4.3.3 常源近似的瞬态响应分析61

4.3.4 瞬跳近似的瞬态响应分析61

4.3.5 时域响应的数值解法62

4.4 核反应堆的传递函数65

4.4.1 概述65

4.4.2 零功率核反应堆的传递函数66

4.4.3 具有温度反馈核反应堆系统的传递函数67

4.5 核反应堆的频率特性69

4.5.1 概述69

4.5.2 零功率核反应堆的频率特性71

4.5.3 具有温度反馈核反应堆系统的频率特性73

4.6 氙产生的传递函数和频率特性74

4.7 核反应堆的离散化模型76

4.7.1 核反应堆的差分方程76

4.7.2 核反应堆的脉冲传递函数76

4.8 核反应堆的状态空间表达式77

习题80

第5章 核反应堆控制系统的稳定性分析82

5.1 控制系统的性能与分析82

5.1.1 控制系统的基本性能82

5.1.2 线性系统的稳定性分析83

5.2 核反应堆系统的稳定性分析83

5.2.1 核反应堆系统的根轨迹与稳定性分析83

5.2.2 两路并联温度反馈核反应堆系统的稳定性分析87

5.2.3 两路串联温度反馈核反应堆系统的稳定性分析91

5.2.4 具有氙毒反馈核反应堆系统的稳定性分析94

5.2.5 石墨动力堆系统的稳定性分析95

5.3 实验研究型核反应堆控制系统的稳定性分析97

5.3.1 实验重水堆功率控制系统的稳定性分析97

5.3.2 研究堆功率控制系统的稳定性分析100

5.4 动力堆控制系统的稳定性分析103

5.4.1 不带位置反馈控制系统的稳定性分析103

5.4.2 具有位置反馈控制系统的稳定性分析106

5.5 核反应堆数字控制系统的稳定性分析110

5.5.1 S平面与Z平面的映射关系110

5.5.2 稳定性判据111

5.5.3 核反应堆功率数字控制系统的稳定性分析115

5.6 核反应堆稳定性的状态空间分析117

5.6.1 李亚普诺夫第二法基本概念117

5.6.2 线性定常系统的李亚普诺夫稳定性分析118

5.6.3 核反应堆系统的李亚普诺夫稳定性分析120

习题122

第6章 压水堆核电厂控制124

6.1 概述124

6.1.1 压水堆核电厂124

6.1.2 压水堆核电厂的控制系统125

6.1.3 核反应堆自稳自调特性127

6.2 压水堆功率分布控制129

6.2.1 轴向功率分布的描述129

6.2.2 限制功率分布的有关准则130

6.2.3 保护梯形与运行梯形131

6.2.4 模式A运行梯形133

6.2.5 模式G运行梯形134

6.2.6 运行梯形实例134

6.3 控制棒及其驱动机构137

6.3.1 控制棒棒束组件137

6.3.2 控制棒的性能140

6.3.3 控制棒驱动机构与移动程序142

6.3.4 控制棒位置143

6.4 压水堆功率控制145

6.4.1 功率控制系统145

6.4.2 冷却剂平均温度控制系统148

6.4.3 硼浓度控制152

6.4.4 硼浓度调节的应用156

6.5 控制棒位置监测158

6.5.1 控制棒位置探测器158

6.5.2 控制棒位置监测系统159

6.6 稳压器压力和液位控制160

6.6.1 稳压器压力控制系统162

6.6.2 稳压器液位控制系统163

6.6.3 稳压器控制的瞬态过程165

6.7 蒸汽发生器液位控制166

6.7.1 蒸汽发生器液位调节系统167

6.7.2 主给水泵转速控制系统169

6.8 蒸汽排放控制170

6.8.1 向凝汽器和除氧器的蒸汽排放控制170

6.8.2 向大气的蒸汽排放控制174

6.9 汽轮机控制175

6.9.1 汽轮发电机组的负荷特性175

6.9.2 汽轮机控制系统的工作原理177

6.9.3 调节阀驱动机构180

习题181

第7章 其他堆型核电厂控制182

7.1 重水堆核电厂控制182

7.1.1 坎杜堆功率调节系统185

7.1.2 蒸汽发生器压力控制系统189

7.2 沸水堆核电厂控制190

7.2.1 沸水堆核电厂的控制系统191

7.2.2 先进沸水堆核电厂的控制系统193

7.2.3 经济简化型沸水堆核电厂的控制系统196

7.3 气冷核反应堆控制199

7.3.1 改进型气冷核反应堆控制系统200

7.3.2 高温气冷核反应堆控制系统200

7.4 钠冷快中子增殖核反应堆控制201

习题203

第8章 核电厂的数字控制204

8.1 概述204

8.1.1 数字控制系统的组成与特点205

8.1.2 计算机控制的分类207

8.1.3 数字PID控制器210

8.1.4 核电厂数字仪表与控制系统的功能与设计准则211

8.2 核电厂的集中型计算机控制213

8.2.1 坎杜堆核电厂计算机控制系统的组成213

8.2.2 坎杜堆核电厂计算机控制软件215

8.3 核电厂的集散型计算机控制218

8.3.1 核电厂集散型计算机控制系统组成218

8.3.2 正常运行仪表与控制系统219

8.3.3 安全仪表与控制系统223

8.3.4 软件系统224

8.3.5 核电厂集散控制总线系统225

习题228

第9章 先进压水堆核电厂控制简介229

9.1 非能动先进压水堆核电厂控制229

9.1.1 非能动先进压水堆核电厂概述229

9.1.2 非能动先进压水堆功率控制230

9.1.3 非能动先进压水堆核电厂数字化仪表与控制系统231

9.2 改进型欧洲压水堆核电厂控制235

9.2.1 改进型欧洲压水堆核电厂概述235

9.2.2 改进型欧洲压水堆核电厂数字化控制原理235

9.2.3 改进型欧洲压水堆核电厂数字化仪表与控制系统240

习题240

参考文献241

附录1 缓发中子份额和先驱核衰变常数243

附录2 常用拉普拉斯变换与Z变换表246

附录3 核反应堆的传递函数247

附录4 核反应堆的对数频率特性曲线图249