核电站数字化仪控系统的仿真测试与验证研究

摘要

数字化仪控系统(DCS)全面进入核电站的实际应用是一种必然趋势，田湾核电站是我国首座采用数字化仪控系统的核电站，实现核电站由传统的模拟仪表控制向全数字化仪控系统及先进控制室系统的技术跨越；岭澳二期核电工程的重大技术改进项—DCS系统，首次实现了数字化仪控系统设计、建造和调试的自主化，是CPR1000系列核电站的主要技术创新之一，为后续核电机组的建设提供重要的应用参考和经验。在自主化DCS系统调试过程中，很有必要开发一套针对反应堆控制系统和常规岛的仿真测试平台，通过与实际DCS相连，在DCS系统测试期间或现场调试早期便可对重要的核岛、常规岛控制系统实施单步或关联运行初步功能测试、逻辑预演和定性分析。本文根据CPR1000系列核电站DCS系统的测试需求，参考岭澳二期核电站设计手册及相关控制系统的控制原理模拟图、控制逻辑图、控制系统参数整定值手册等资料，在反应堆仿真对象的基础上对控制系统和保护系统的建模，通过虚拟仪器技术实现了软硬件的数据交互、人机界面的搭建，借助模块集成平台和数据服务器实现了完全自主化的仿真测试平台的开发。该测试平台可以独立预演各种稳态工况、瞬态工况，能够记录稳态边界值，也可以随时切换到现场DCS系统进行单步测试或者联调，完成对岭澳二期现场DCS系统各种功率水平下的稳态测试、线性甩负荷瞬态测试和阶跃降负荷测试。将岭澳二期DCS联调后的瞬态结果与仿真计算的瞬态结果、岭澳一期运行瞬态结果比较发现，各主要热工参数的稳定趋势、稳定时间基本一致，验证了核电站数字化仪控系统的逻辑组态和控制策略，同时验证了反应堆的仿真对象和仿真I&C的正确性。该仿真测试平台提高了DCS调试的效率，节约成本，降低风险。本技术具有完整的软件平台结构和软硬件通讯功能，对于其他核电站控制系统和保护系统的早期调试和验证也有很好的应用价值。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

第二章 数字化仪控系统仿真测试平台的总体设计

2.1 数字化仪控系统的测试需求分析

2.2 结构设计

2.3 数字化仪控系统测试平台功能设计

2.3.1 功能模块技术

2.3.2 相关支持技术

2.2.3 硬件要求

2.4 本章 小结

第三章 仿真测试平台功能模块的开发

3.1 热工对象概述

3.1.1 核岛部分主要热力系统设备

3.1.2 常规岛部分主要热力系统设备

3.2 反应堆控制与保护系统建模

3.2.1 仿真控制系统与实际DCS的关系

3.2.2 控制与保护系统建模思想

3.2.3 控制系统建模

3.2.4 保护系统建模

3.3 软硬件通讯

3.3.1 虚拟仪器简介

3.3.2 数据采集项目构成

3.3.3 数据通讯与处理

3.4 人机界面

3.4.1 主界面(Main.vi)

3.4.2 信号列表界面（DCS.vi）

3.4.3 实时显示界面（GUI.vi）

3.4.4 历史数据回放窗口（History.vi）

3.5 本章 小结

第四章 仿真测试平台的相关支持技术

4.1 模块集成平台——CONTROL STATION

4.1.1 模块集成需求分析

4.1.2 模块集成的实现

4.2 数据服务器——MYSQL

4.2.1 数据库通讯方案

4.2.2 数据库结构

4.3 运行操作与运行原理

4.3.1 运行操作

4.3.2 运行原理

4.4 本章 小结

第五章 仿真测试平台的应用

5.1 岭澳二期数字化仪控系统的现场测试

5.2 不同功率水平的初始稳态调试

5.3 闭环瞬态联调与保护系统测试

5.3.1 10%FP阶跃降功率闭环瞬态测试

5.3.2 100%FP 线性甩负荷至 15%FP 闭环瞬态测试

5.3.3 保护系统的开环测试方案

5.4 仿真测试平台的应用成果

5.5 本章 小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 创新点说明

6.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文