CN105224753A - 非能动核电厂多专业设计验证平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非能动核电厂多专业设计验证平台，包括平台内核服务器、热工水力分析模块、电厂控制模块、严重事故分析模块和人机显示模块。平台内核服务器是各分析程序耦合、数据交互的中心；热工水力分析模块，采用RELAP5对一回路、二回路及辅助系统进行建模，可以覆盖从正常运行到大破口等绝大部分工况；电厂控制模块，仪控算法采用SCADE进行建模，自动生成源代码；严重事故分析模块集成NRC认可的MAAP程序，解决RELAP无法实现的严重事故工况分析的问题，实现从正常瞬态、事故到严重事故等全工况分析；人机显示画面模块采用商用DCS建模实现。本发明利用软件集成技术将多专业成熟的分析功能集成于一起，为新研发核电厂的设计验证提供了平台和工具。

Description

非能动核电厂多专业设计验证平台

技术领域

本发明属于核电站仿真及设计验证领域，具体涉及一种非能动核电厂多专业的设计验证技术及平台。

背景技术

核电站作为非常复杂庞大的系统，其设计过程中具有涉及专业众多，设计周期漫长等特点，这对核电站的工程设计验证工作提出了很大的挑战。而核电行业特有的安全规定又对核电设计的安全性、可靠性提出了非常高的要求。每一个新技术的引进及方案的设计都必须经过严格的验证才能使用，特别是新堆型的研发设计，需要经过层层验证确认后才能固化设计。传统的设计验证包括静态分析验证，利用专业软件进行分系统分专业的动态仿真验证、实验验证等。这些验证方法的使用，大大提升了新研发电厂的安全性和可靠性。但是，试验验证通常需要投入大量物力进行试验台架建设，投入成本较大、建设周期较长，一般不太可能进行全范围多专业的模拟验证；分系统分专业的动态仿真验证虽然弥补了试验验证建设成本大、周期长的不足，但是仍然不能动态实时地仿真新研发电厂真实的运行性能。随着技术的发展，第三代、第四代堆型的研发以及数字化仪控系统的引入等对设计验证提出了更高的要求。因此，本领域的技术人员致力于开发一种非能动核电厂多专业的设计验证技术及平台，使各专业的设计数据在一个模拟运行电厂的环境中进行验证，为新电厂的设计提供反馈。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在新核电厂的设计阶段提供全厂各个专业设计数据的模拟验证平台。

为实现上述目的，本发明提供了一种非能动核电厂多专业设计验证平台，包括平台内核服务器、热工水力分析模块、电厂控制模块、严重事故分析模块和人机显示模块；所述平台内核服务器、所述热工水力分析模块、所述电厂控制模块、所述严重事故分析模块和所述人机显示模块通过API接口程序允许各个模块间进行参数交换协同工作，完成核电站多专业设计验证。

进一步地，所述平台内核服务器被配置为各个模块数据交互耦合的中心，且输出变量是唯一的，输入变量必须对应已存在的所述输出变量。

进一步地，所述热工水力分析模块使用RELAP5对一回路、二回路及辅助系统进行建模，可以覆盖从正常运行到大破口等绝大部分工况。

进一步地，所述电厂控制模块使用SCADE进行建模，自动生成源代码。

进一步地，所述严重事故分析模块集成NRC认可的MAAP程序，被配置为将MAAP与RELAP结合，实现从正常瞬态、事故到严重事故等全工况分析。

进一步地，所述人机显示模块采用商用DCS建模实现。

进一步地，所述内核服务器与其他模块之间的API以动态链接库DLL方式封装。

进一步地，所述全工况分析的步骤包括在RELAP事故过程某一点，用户手动干预，将其状态切换至MAAP输入卡，作为严重事故分析的起点，同时中止RELAP的运行，启动MAAP进行严重事故分析。

进一步地，所述人机显示模块与DCS之间采用OPC通讯方式。

进一步地，所述平台内核服务器采用脚本程序对接口数据进行变量映射分析，可以灵活地处理不同格式的接口文件。

本发明采用以下技术方案：

1)非能动核电厂多专业设计验证平台主要由平台内核服务器、热工水力分析模块、电厂控制模块、严重事故分析模块和人机显示模块构成，平台整体架构如图1所示。

2)平台内核服务器是各分析程序耦合、数据交互的中心，拥有严格的数据对应关系：输出变量必须唯一，输入变量必须对应已存在的输出变量。为提高运行效率，采用脚本程序(variables-mapping.scripts)对接口数据进行变量映射分析，可以灵活地处理不同格式的接口文件(interfacing.io.project)，在运行时静态引用，实现高性能数据传输。

内核服务器与各分析程序之间的API以动态链接库DLL的方式封装，并提供头文件(.h文件)和静态链接库(.lib文件)，方便Windows平台下各种不同开发技术的集成。API采用C语言编制，在VisualC++6环境下开发，对应项目为seaDriver，编译输出为seaServer.dll和seaServer.lib。API提供的函数原型在seaDriver.h中定义，函数包括服务器连接、指令获取、同步、读取输入数据、更新结果数据等。此外，还针对分析器平台与人机显示画面DCS之间的OPC通讯方式，开发了专用API。

3)热工水力分析模块，采用RELAP5对一回路、二回路及辅助系统进行建模，可以覆盖从正常运行到大破口等绝大部分工况。与流体网格分析技术相比，RELAP5的分析精度更高，且可以在整个能量循环系统采用同一分析技术，减少不同软件间可能存在的交互接口问题。

在分析器平台上集成RELAP软件、实现对RELAP的调度，需要对RELAP二次开发，在RELAP主循环中加入与分析器平台同步的控制点，成为交互版RELAP。为在RELAP程序中实现实时数据访问，采用混合语言编程技术。数据访问相关函数采用C语言编制，在Fortran中直接调用。为了实现Fortran中直接调用C语言函数，C语言函数必须按照Fortran约定的格式进行封装：“int__stdcallFUNCTION_NAME(……)”。

4)电厂控制模块，仪控算法采用SCADE进行建模(包括模型的开环调试)，自动生成源代码。SCADE作为建模工具，直观方便、使用门槛低、建模能力强，提供丰富的分析和验证功能，最重要的是SCADE内嵌的代码生成器KCG通过DO-178BA级、IEC61508SIL3、EN501283/4和IEC60880的认证，能将算法模型转换成安全的C源代码，与任意支持C语言的平台集成。

为实现SCADE与分析器平台集成，基于SCADE的扩展功能，开发了用于封装的适配器。其基本原理是：利用SCADE内置的API，访问控制算法模型，获取所需接口信息，再采用脚本语言基于封装的逻辑，以及接口信息，自动生成封装代码。将封装代码和控制算法源代码，共同编译成可与分析器平台集成的可执行程序，实现控制算法模拟。

5)严重事故分析模块，该平台集成NRC认可的MAAP程序，解决RELAP无法实现的严重事故工况分析的问题。将MAAP与RELAP结合，实现从正常瞬态、事故到严重事故等全工况分析。具体实现方式：在RELAP事故过程某一点，用户手动干预，将其状态切换至MAAP输入卡，作为严重事故分析的起点，同时中止RELAP的运行，启动MAAP进行严重事故分析。

现有的MAAP程序不支持交互功能，为实现与分析器平台的集成，必须进行交互改造，同时实现与分析器的同步。改造方案如下：

修改输入卡分析功能，新增“TOINPUT…END”、“TOOUTPUT…END”格式，允许用户指定需输入、输出的变量利用MAAP提供的变量查询及变量赋值函数：FNKVAL(VWORDX,IVPTR,XVAL,ICF,IOPT,IERR)、COMINP(IUNT,IPTR,XVAL,ICF)，实现指定变量的输入赋值和输出取值修改主程序，实现运行指令响应和同步控制。

6)人机显示画面，采用商用DCS建模实现。分析器平台与DCS之间采用OPC通讯方式。定制的OPC服务器由VisualField供应商(浙江中控)根据分析器特定需求定制开发。开发语言采用C++，调用API实现与分析器的交互，具体包括以下函数：

intopcConnectServer(chartaskname[MAX_NAME_LEN])；

intopcReadInputs(double*value,int*restartTag)；

intopcRestartOutputs(double*value)；

intopcWriteOutputs(double*value)；

intopcGetErrorInfo(charerrorinfo[256])；

通过修改API，可以实现特定功能，达到不修改OPC服务器就可以升级其功能的目的。

本发明的目的在于提供一种非能动电厂多专业的设计验证平台，该平台包括设计验证平台内核服务器及各专业模块分析软件，为新研发核电厂的设计验证提供了平台和工具。平台内核服务器进行各任务间的数据通讯和同步控制，该验证平台在进行设计验证分析时，具有以下特点：

1)分析精度高，集成成熟地经过验证的专业分析软件；

2)实时响应快，能实现实时、快时、慢速计算功能；

3)分析范围广、同时进行多专业的联合分析验证；

4)可扩展性良好，可根据定制需求集成所需的分析功能；

5)使各专业的设计数据能在一个模拟运行的电厂环境中进行验证，为新电厂的设计提供反馈。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的非能动核电站多专业设计验证平台架构图，

其中，1—设计验证平台内核服务器；2—热工水力分析模块程序；3—热工水力接口程序；4—电厂控制模块程序；5—控制模块接口程序；6—严重事故分析模块程序；7—严重事故模块接口程序；8—人机显示模块；9—显示画面模块接口程序。

具体实施方式

为了更清晰地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明。

非能动核电站多专业设计验证平台需要完成多项功能分析，其分析的对象也有多种，因此无法使用一种程序来完成全部功能，必须要通过不同功能的程序来协调完成，验证平台提供这样一种环境，允许不同程序进行参数交换协同工作，这是完成核电站多专业设计验证的基础和关键。验证平台具有多种模块分析功能，其整体结构采用模块化设计，每一个功能均相对独立，可以使用或者接入网络联合使用，整体功能架构如图1所示。

非能动核电厂多专业设计验证平台包括验证平台内核服务器1、热工水力分析模块2、电厂控制模块4、严重事故分析模块6和显示画面模块8及相应的接口程序。各模块独立计算、在内核服务器统一调度下进行同步通讯及数据交换，实现各模块间的实时计算分析功能。

以下对非能动核电厂多专业设计验证平台各模块实施方案进行具体说明：

热工水力分析模块2，在经过NRC认证的热工水力分析程序RELAP5的基础上，进行适当修改，与平台内核服务器通过接口API进行集成，实现被平台内核统一调度。

电厂控制模块4，通过成熟的仪控组态设计软件SCADE进行组态建模，利用开发的转化工具生成相应的C代码，与平台内核服务器通过接口API进行集成，实现被平台内核统一调度。

严重事故分析模块6，在经过核级认证的严重事故分析程序MAAP4的基础上，进行适当修改，与平台内核服务器通过接口API进行集成，实现被平台内核统一调度、控制。

人机显示画面模块8，采用了成熟的商用DCS软件SUPCON，开发了相应的接口API，与平台内核服务器耦合，实现被平台内核统一调度、控制的功能。

本发明所提出的方法已在国内CAP1000核电站中进行了应用和测试，结果表明该平台运行正常稳定，能够高精度实时地仿真CAP1000电厂稳态运行工况、瞬态工况及部分事故工况，为CAP1000电厂的仪控逻辑验证、规程验证、系统优化分析提供支撑。

本发明并不严格地局限于所述实例。根据本发明提出的方法，可以应用于任何堆型的核电厂。根据新电厂的设计数据，建立相应的电厂模型，进行验证分析。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，包括平台内核服务器、热工水力分析模块、电厂控制模块、严重事故分析模块和人机显示模块；所述平台内核服务器、所述热工水力分析模块、所述电厂控制模块、所述严重事故分析模块和所述人机显示模块通过API接口程序允许各个模块间进行参数交换协同工作，完成核电站多专业设计验证。

2.如权利要求1所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述平台内核服务器被配置为各个模块数据交互耦合的中心，且输出变量是唯一的，输入变量必须对应已存在的所述输出变量。

3.如权利要求1所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述热工水力分析模块使用RELAP5对一回路、二回路及辅助系统进行建模，可以覆盖从正常运行到大破口等绝大部分工况。

4.如权利要求1所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述电厂控制模块使用SCADE进行建模，自动生成源代码。

5.如权利要求1所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述严重事故分析模块集成NRC认可的MAAP程序，被配置为将MAAP与RELAP结合，实现从正常瞬态、事故到严重事故等全工况分析。

6.如权利要求1所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述人机显示模块采用商用DCS建模实现。

7.如权利要求2所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述内核服务器与其他模块之间的API以动态链接库DLL方式封装。

8.如权利要求5所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述全工况分析的步骤包括在RELAP事故过程某一点，用户手动干预，将其状态切换至MAAP输入卡，作为严重事故分析的起点，同时中止RELAP的运行，启动MAAP进行严重事故分析。

9.如权利要求6所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述人机显示模块与DCS之间采用OPC通讯方式。

10.如权利要求2所述的非能动核电厂多专业设计验证平台，其特征在于，所述平台内核服务器采用脚本程序对接口数据进行变量映射分析，可以灵活地处理不同格式的接口文件。