[發明專利]基于混合整數規劃線性規劃的坎杜堆換料方案優化方法

在審

• 申請號: 201310755221.5
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104751371A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 陳明軍;張少泓;何立荊;王文聰;劉宇軒;劉忠國;王軍;牟小川
• 申請（專利權）人: 中核核電運行管理有限公司;秦山第三核電有限公司
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 程旭輝

1.一種基于混合整數規劃線性規劃的坎杜堆換料方案優化方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，候選通道選擇：利用通道間燃耗特性的不同，建立考慮換料后效的數學優化模型，從而確定出通道換料的時間順序；在確定候選通道時，堆芯物理模型主要基于以下兩個假設：1）堆芯功率始終維持目標功率分布不變；2）堆芯反應性可用“零維線性反應性模型”表示；

步驟1.1，構建堆芯物理模型，用于確定堆芯剩余反應性：

步驟1.1.1，確定全堆剩余反應性ρ_core：

ρcore=Σi=1380fiρi(ωi)---(1)]]>

其中，ρ_i為燃料通道i的反應性，它是通道平均燃耗ω_i的函數，函數關系由柵元計算程序擬合得到；燃耗ω_i由駐留時間乘以時均功率得到；f_i為燃料通道i的時均功率份額，由堆芯的時均功率分布獲得；

步驟1.1.2，在步驟1.1.1同時，確定徑向7個液體區域控制裝置剩余反應性；以區域j為例，其剩余反應性ρ_zone,j可表示為：

ρzone,j=Σi=1Nzone,jfi′ρi(ωi),j=1,...,7---(2)]]>

其中，N_zone,j為區域j所包含的燃料通道數目，f_i'為燃料通道i相對于區域j的時均功率的功率份額，ρ_i，ω_i意義同公式（1）；

步驟1.2，構建候選通道選擇模型：候選通道選擇模型以周為單位確定通道換料的時間點，同時規定每周的換料通道同時進入堆芯，并將候選通道選擇模型的時間跨度取為16周：

目標函數——候選通道選擇模型的目標函數為16周總的換料通道數目最少，公式為：

MinimizeΣi=116Xi---(3)]]>

式中，X_i＝{x_j}_j＝1...380，是長度為380的向量，其中每個元素x_j都是0-1變量，代表某一通道j是否換料；

約束條件——模型中考慮的約束條件包括：

1）16周內每個燃料通道至多換料1次；

2）單通道最低卸料燃耗的控制：流量輔助換料通道卸料燃耗低于該通道時均值80％的不予換料，非流量輔助換料通道卸料燃耗低于該通道時均值95％的不予換料；

3）所有換料通道平均卸料燃耗的控制：總的平均卸料燃耗大于用戶給定的限值；

4）每一周內換料通道的離散性要求：換料通道間的間隔在2個通道以上；

5）相鄰兩周間換料通道的離散性要求：前一周換料通道不得與本周換料通道相鄰；

6）堆芯徑向各區域A側與C側通道的燃耗平衡控制：各區域A側與C側所有通道的燃耗差小于用戶給定的限值；

7）每一周堆芯剩余反應性的控制：堆芯的剩余反應性大于用戶給定的限值；

8）每周徑向各區域剩余反應性的控制：各區域剩余反應性與堆芯剩余反應性的比值在用戶給定的范圍內波動；

9）根據當前堆芯狀態和前一周的換料歷史，對第一周換料通道的選擇增加約束條件，即前一周換料的通道，其周圍的通道在第一周不能換料；

將上述約束條件用數學語言表示成等式或者不等式，即可建立數學模型；

步驟2，周換料方案優化

步驟2.1，構建堆芯物理模型，用于快速評價換料方案：

步驟2.1.1，影響堆芯狀態參數的擾動主要包括換料、液體區域控制裝置水位變化、燃耗積累，分別針對上述不同擾動預先生成敏感矩陣；下面以通道功率對換料擾動的敏感矩陣為例描述敏感矩陣的制作方法：

步驟2.1.1.1，對選定的參考堆芯狀態，利用RFSP-IST程序模擬在不換料且固定液體區域控制裝置水位的情況下堆芯的燃耗行為，獲得T個滿功率天下每個燃料通道的功率P_i^t，t∈[0,T]；

步驟2.1.1.2，在參考堆芯狀態下對某一選定的j通道進行換料，同樣利用RFSP-IST程序進行T個滿功率天的燃耗計算，獲得換料后的燃料通道功率P_i^j,t；

步驟2.1.1.3，利用下式進行敏感矩陣的計算：

Sj→it=(Pij,t-Pit)/Δkj---(6)]]>

其中，Δk_j為參考堆芯狀態下由j通道換料所引起的該通道k_∞的瞬時變化量，可根據反應性-燃耗曲線計算得到；重復上述過程380次，就可獲得i通道功率對堆芯任一通道換料的敏感矩陣；通過同樣的方式，可以獲得通道功率和剩余反應性變化量對液體區域控制裝置水位變化和燃耗積累的敏感矩陣；

步驟2.1.2，堆芯內任一燃料通道i的功率計算可以表述為：

Pi≈Pi,0+ΣpΣrSp,r→iΔp,r,i=1,...,380---(4)]]>

其中，P_i,0代表參考堆芯狀態下i通道的功率，S_p,r→i即敏感矩陣，代表在參考堆芯基礎上，由堆內r位置p種類型單位擾動所引起的i通道功率的變化量；而Δ_p,r則代表某換料方案r位置p種類型實際的擾動量；可采用同樣的方法計算出棒束功率、區域功率；

步驟2.1.3，換料引入的堆芯剩余反應性變化量可以表述為：

Δk≈ΣpΣrSp,r→kΔp,r---(5)]]>

式中，S_p,r→k為事先產生的敏感矩陣，代表在參考堆芯基礎上，由堆內r位置p種類型單位擾動所引起的堆芯剩余反應性的變化量；

步驟2.2，構建周換料方案優化模型：在周換料方案優化模型中，一周的換料集中在四天時間完成，即周一、周二、周四、周五換料，其余時間不換料；

目標函數——周換料方案優化模型以一周平均卸料燃耗最深為目標函數，公式為：

MaximizeΣi=17<Bu·X′>i/Σi=17Ni---(7)]]>

式中，N_i為已知常數，代表每天的換料通道數；Bu與X'都是長度為380的向量，其中X'的元素是0-1變量，代表每個通道是否換料；Bu的元素代表每個通道的卸料燃耗；

約束條件——周換料方案優化模型中考慮的約束條件包括：

1）一周之內，每天的換料通道數目等于計劃值；

2）一周之內，徑向每個區域的換料通道數小于3個；

3）一周之內，A側與C側的換料通道的個數相差小于5個；

4）10天內的換料通道不得相鄰；

5）當連續兩天都有換料時，換料通道間隔在2個通道以外；

6）每天的換料通道間隔在3個通道以外；

7）通道最低卸料燃耗的控制：對于FAF通道，相對卸料燃耗低于時均值80％的不予換料，FARE通道則設為95%；

8）周二和周五換料后，14個液體區域控制裝置水位相對平均水位的偏差要小于20%，周一和周四換料后，水位偏差要小于25%；

9）一周之內，所有通道的功率都小于各自運行限值；

10）一周之內，每個通道6號和7號棒束的功率小于運行限值；

11）一周之內，徑向每個區域的軸向功率傾斜小于2.5%；

12）下周一堆芯剩余反應性大于限用戶給定的限值；

13）當CPPF區域通道的超功率因子大于1.045時，與其相鄰的所有通道不能換料；

將上述約束條件用數學語言表示成等式或者不等式，即可建立數學模型；通過求解周換料方案優化模型，得到每個換料日的換料通道組合。