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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