[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

技術領域

本發明專利屬于坎杜堆核電站換料方案設計與優化領域，具體涉及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。?

背景技術

坎杜6型重水反應堆共有380個燃料通道，與采用停堆方式進行換料的反應堆（如壓水堆）不同，坎杜堆采用在線換料方式，滿功率運行時平均每天要更換兩個燃料通道。日常換料方案的設計由電站堆物理工程師完成，通常3～4天進行一次，每次從380個燃料通道中挑選出6～7個提交運行人員進行更換。坎杜堆換料方案設計是一個復雜的多目標、多約束的優化問題，好的換料方案通常需要滿足：最大化燃料卸料燃耗，優化堆芯功率分布使其盡量接近目標值，盡量降低通道超功率因子（CPPF），確保通道/棒束功率滿足限值要求，優化液體區域控制裝置（液體區域控制裝置）的運行特性等。鑒于該問題的復雜性，每個坎杜電站都引進或開發出計算機軟件以輔助堆物理工程師完成換料方案的優化設計。?

與國外很多同型電站類似，當前使用的換料軟件包基于傳統的專家系統開發，借助預先設定的多個專家準則即評價函數對每個通道進行評分。每個準則通常選取一個評價參數，這些參數與換料優化的目標密切相關，如換料通道的燃耗、通道組內的最大通道超功率因子、通道組內最小通道功率裕量等。依據每個準則對通道評分后，將單個評價值綜合起來從而得到通道的最終評價值，堆物理工程師則依據通道的綜合評分的大小以及自身經驗來選擇換料通道，最終確定出較好的換料方案。?

工作人員在使用過程中逐漸發現該軟件包存在一些不足。首先，這套基于專家系統的通道評價方法，其評價效果的好壞完全取決于評價參數的選取以及預先設定的經驗準則，欠缺精確的堆芯物理模型。其次，通道的評價完全基于當前的堆芯狀態，更多的關注換料通道臨近區域的局部特征和空間分布，而缺乏對換料后效的評估。再者，最終設計出的換料方案嚴重依賴堆物理工程師的經驗，在同樣的評價準則下，不同的人員可能因自身經驗的差異設計出完全不同的換料方案。?

發明內容

本發明的目的是為改進當前換料軟件包存在的諸多不足，提高堆物理工程師換料方案設計的質量、工作效率，使電站運行具有更高的安全性和經濟性，提出了一種基于混合整數線性規劃的坎杜堆換料方案優化方法。本專利采用混合整數線性規劃方法來求解該換料方案優化問題，建模時以經濟性指標（換料通道數目最少或通道卸料燃耗最高）作為目標函數，其他的目標與要求全部作為約束條件，將整個問題分解成兩步求解，每一步分別建立混合整數線性規劃（MILP）的數學模型并采用商用求解器進行求解，最終得到一周內最優的換料方案。第一步，為考慮通道換料的后效，以換料通道數目最少為目標建立候選通道選擇模型，進行連續16周的換料方案優化。建模時加入對堆芯剩余反應性和區域反應性分布的約束，使區域反應性分布盡量接近目標值。堆芯參數計算采用零維線性反應性模型，并假設堆芯維持時均功率分布不變。通過求解候選通道選擇模型得到每個周的換料通道組合，并將前面兩周的換料通道組合作為第二步優化的候選通道。第二步，堆物理工程師首先依據反應堆未來一周的運行要求給出周換料計劃，然后以平均卸料燃耗最深為目標建立周換料方案優化模型，同時考慮反應堆運行的諸多要求，在模型中加入相應的約束條件。考慮到換料方案設計的時效性要求，為了快速評價大量的換料方案，提出了一個三維堆芯計算模型-線性敏感矩陣方法。它借助預先形成的敏感矩陣，無需耗時的三維擴散方程求解，僅經過簡單的代數運算就能較為準確且快速的計算出主要堆芯參數，完成換料方案的評價。通過求解周換料方案優化模型，最終得到一周內每個換料日的換料通道組合。?

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：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，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：?

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；?