[發(fā)明專利]基于局部非線性修正的堆芯功率分布在線重構(gòu)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110671202.9
• 申請(qǐng)日: 2021-06-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113421669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔禾林;李慶;于穎銳;陳長(zhǎng);趙文博;彭星杰;劉同先;婁磊;巨海濤;吉文浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號(hào): G21C17/00
• 分類號(hào): G21C17/00;G21C17/10;G21D3/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發(fā)明公開(kāi)了基于局部非線性修正的堆芯功率分布在線重構(gòu)方法及系統(tǒng)，包括：根據(jù)反應(yīng)堆堆芯三維網(wǎng)格離散情況，計(jì)算局部非線性修正系數(shù)矩陣A；根據(jù)局部非線性修正系數(shù)矩陣A與給定的背景物理場(chǎng)F_b，確定待重構(gòu)物理場(chǎng)F_a與背景物理場(chǎng)F_b的局部非線性修正的差值關(guān)系；根據(jù)探測(cè)器布置情況，構(gòu)建探測(cè)器響應(yīng)矩陣H；根據(jù)探測(cè)器響應(yīng)矩陣H，建立待重構(gòu)物理場(chǎng)理論測(cè)量值與真實(shí)探測(cè)器測(cè)量值的差值關(guān)系；根據(jù)數(shù)據(jù)同化方程建立代價(jià)方程，通過(guò)最小化代價(jià)方程的求解得到待重構(gòu)物理場(chǎng)F_a。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，局部非線性修正系數(shù)矩陣A不依賴于背景物理場(chǎng)，顯著提高了物理場(chǎng)在線重構(gòu)的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆堆芯運(yùn)行和安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于局部非線性修正的堆芯功率分布在線重構(gòu)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

核反應(yīng)堆堆芯功率分布在線監(jiān)測(cè)對(duì)保障反應(yīng)堆堆芯安全、提高核電廠經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。但堆芯功率分布并非一個(gè)直接監(jiān)測(cè)量，而是通過(guò)對(duì)中子通量密度的測(cè)量間接測(cè)量堆芯功率分布。為了實(shí)時(shí)測(cè)量堆芯中子通量密度，在反應(yīng)堆堆內(nèi)或堆外安裝有中子探測(cè)器，但這些中子探測(cè)器只布置在特定的位置且數(shù)目有限，因此若要實(shí)現(xiàn)空間連續(xù)的功率分布實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研究堆芯功率分布在線重構(gòu)方法是十分必要的。

堆芯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心技術(shù)之一是堆芯物理場(chǎng)重構(gòu)算法，即如何通過(guò)有限的堆內(nèi)外探測(cè)器讀數(shù)重構(gòu)出全堆的功率分布。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，其中一個(gè)重要的分支是基于背景物理場(chǎng)分布的重構(gòu)方法。

這類物理場(chǎng)重構(gòu)方法，在給定的背景(background)物理場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，通過(guò)堆內(nèi)外探測(cè)器的實(shí)測(cè)值，對(duì)背景進(jìn)行修正或擬合，得到實(shí)測(cè)堆芯功率分布。背景物理場(chǎng)通常由理論計(jì)算分布，或前一時(shí)刻的實(shí)測(cè)分布，與當(dāng)前真實(shí)的功率分布存在一定的偏差。這類物理場(chǎng)重構(gòu)的方法主要有插值擬合法、耦合系數(shù)法、數(shù)據(jù)同化法等。

1)插值擬合法：西屋公司開(kāi)發(fā)的BEACON系統(tǒng)，其物理場(chǎng)的重構(gòu)則是基于實(shí)測(cè)和理論計(jì)算物理場(chǎng)在實(shí)測(cè)點(diǎn)的偏差進(jìn)行樣條函數(shù)插值。此外，還有早期發(fā)展的權(quán)重系數(shù)法、普通Kriging法等。

2)耦合系數(shù)法：Combustion Engineering公司開(kāi)發(fā)的耦合系數(shù)法(CECOR)計(jì)算流程簡(jiǎn)單且在工程上得到廣泛應(yīng)用，其核心思想是假設(shè)理論計(jì)算分布與真實(shí)分布差別不大，基本能夠描述物理場(chǎng)的性狀，理論與實(shí)際物理場(chǎng)的小量偏差則通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)合耦合系數(shù)加以修正。Webb對(duì)耦合系數(shù)法進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展出Lagrange乘子法，其計(jì)算思想和計(jì)算精度與CECOR的差別不大。

3)數(shù)據(jù)同化法(Data assimilation)：數(shù)據(jù)同化旨在考慮數(shù)據(jù)時(shí)空分布以及觀測(cè)場(chǎng)和背景場(chǎng)誤差的基礎(chǔ)上，在數(shù)值模型的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中融合新的觀測(cè)數(shù)據(jù)的方法。它是在過(guò)程模型的動(dòng)態(tài)框架內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)同化算法不斷融合時(shí)空上離散分布的不同來(lái)源和不同分辨率的直接或間接觀測(cè)信息來(lái)自動(dòng)調(diào)整模型軌跡，以改善動(dòng)態(tài)模型狀態(tài)的估計(jì)精度，提高模型預(yù)測(cè)能力。數(shù)據(jù)同化在氣象學(xué)、天氣預(yù)報(bào)、海洋、環(huán)境等領(lǐng)域應(yīng)用于結(jié)合有限的測(cè)量值和理論值重構(gòu)物理場(chǎng)研究與應(yīng)用尤為廣泛。Bryson首先對(duì)卡爾曼濾波方法應(yīng)用于堆芯功率分布的重構(gòu)進(jìn)行了嘗試；近些年來(lái)，以法國(guó)電力公司(EDF)為代表的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同的數(shù)據(jù)同化方法應(yīng)用于堆芯通量、功率重構(gòu)進(jìn)行了廣泛研究。最新的研究表明，數(shù)據(jù)同化方法具備對(duì)多源異構(gòu)探測(cè)器測(cè)量信息的利用潛力，即能夠綜合利用不同來(lái)源、不同精度、不同分布的探測(cè)器信息以提高重構(gòu)精度，但是數(shù)據(jù)同化方法本身不具備優(yōu)化探測(cè)器分布的能力。此外，對(duì)于高維物理場(chǎng)，數(shù)據(jù)同化需要建模的物理場(chǎng)協(xié)方差矩陣維度很高，極大地增加了建模的不確定性和計(jì)算成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服數(shù)據(jù)同化方法對(duì)背景物理場(chǎng)協(xié)方差矩陣的依賴，本發(fā)明目的在于提供基于局部非線性修正的堆芯功率分布在線重構(gòu)方法及系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)局部非線性修正技術(shù)得到了可以快速計(jì)算的稀疏的協(xié)方差矩陣，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)同化協(xié)方差矩陣的建模，也減少了超參數(shù)的使用，極大地節(jié)省了數(shù)據(jù)同化過(guò)程所需要的計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存，提高了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體性能。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：