[發明專利]一種基于核動力系統運行的仿真方法及系統

有效

• 申請號: 202010776548.0
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111897240B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 王航;李子康;彭敏俊;夏庚磊;周桂;徐仁義
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種基于核動力系統運行的仿真方法及系統。該方法包括獲取核動力系統中子系統的實際運行數據；構建子系統的子任務仿真模型并確定子系統的子任務仿真模型的影響因素；利用流體力學、熱傳學以及自動控制原理確定影響因素的預估值；判斷預估值是否為修正值；若預估值不為修正值，則利用群體智能優化算法進行參數尋優，得到影響因素的最優值；利用影響因素的最優值修正子系統的子任務仿真模型；根據所有修正后的子系統的子任務仿真模型確定核動力系統的任務仿真模型；進而確定修正后的核動力系統的任務仿真模型；利用修正后的核動力系統的任務仿真模型進行所述核動力系統運行的仿真。本發明提高核動力系統運行的仿真的精確性和工作效率。

技術領域

本發明涉及核動力系統運行的仿真領域，特別是涉及一種基于核動力系統運行的仿真方法及系統。

背景技術

隨著現代仿真技術的發展，對模型精度的要求也越來越高，核電機組運行的安全性及經濟性要求核電站必須配備高精度的核電站仿真機。當設備模型不能完全反映設備本身時，就會產生設備建模誤差。同時在核電廠運行過程中，隨著時間的推移，管網等設備的特性如阻力，換熱系數，還有工作點等都可能發生變化，因此引入的不確定性，將使得原來建立的仿真模型并不能準確的反映主冷卻劑系統和化容系統的實際運行狀況；另外由于測量手段的限制，現場數據也存在誤差和不確定性，可能會導致數據失真。當仿真模型偏差比較大時，會影響反應堆的運行安全，因此需要對仿真模型及時校正，隨時保持仿真模型相關參數正確。目前通常采用人工操作進行仿真模型中相關參數的調整，但步驟多、耗時長，無法滿足仿真模型優化與修正對及時性的要求。

由于核動力系統復雜、含有大量過程參數且各參數間會相互影響，所以目前針對熱工水力過程進行仿真模型智能優化的案例較少，但仿真模型智能優化在化工、船舶、軍事等領域已經有了一些應用，在信息技術領域也有人進行了方法的探究。

在國外，針對其他過程系統，Krotil將在線仿真技術應用到流動過程的早期設計中，提出在此過程中最重要的兩步分別是選擇合適的仿真數值計算方法和如何與實際過程的輸入輸出數據進行有機結合。Cardin和Castagna論述了針對生產工藝系統執行在線仿真的可能性，他們主要解決了在線仿真模塊初始化的部分功能。Arango提出將實際測量數據引入到在線仿真建模過程中，主要開發了不同運行特性下的計算公式選擇模塊。Deuerlein提出在線仿真過程中的數據參數化概念，將配水系統在運行過程中的參數進行總結，主要分為物理特性參數，遠程控制參數和非遠程控制參數，將這些參數對仿真精度的影響進行了說明。Ou提出仿真模型的在線更新算法，可以對與實際系統同步運行的仿真模型進行適應性更新，以滿足在線準確性的需求。

而針對核動力系統，國外包括美國、法國、加拿大、日本等國家的部分核電站已經將在線機理仿真系統投入使用，但是主要是針對堆芯內的反應堆物理過程。美國西屋公司開發的BEACON系統具有在線監測、仿真、故障預測的功能。BEACON利用堆芯內外的測量裝置測量功率分布并完成堆芯三維功率分布的重構，從而實現對堆芯狀態的在線監測。SCORPIO是由挪威Halden項目組開發的用于進行反應堆堆芯在線跟蹤或狀態預測的仿真系統，經過數次改進與升級，在西歐國家和俄聯邦國家的數座核電站中有所使用。

由于核動力系統系統復雜、含有大量過程參數且各參數間會相互影響，所以目前并沒有針對熱工水力過程進行在線機理仿真和趨勢預測的實用方法。Gofuku提出應用實時在線仿真模型進行壓水堆主冷卻劑管道的小破口事故診斷，但是該技術對蒸汽發生器二次側做了過多簡化，同時沒有考慮自動控制系統對在線仿真過程的影響，與實際過程具有較大差距。美國愛達荷實驗室在其2011年發布的《長期儀表、信息和控制系統(IIC)現代化未來愿景和策略》中率先提出了利用先進的核、熱工水力、電氣仿真模型以及超實時仿真技術分析核動力系統當前運行性能并預測其運行狀態的技術思想。