CN109918738B - 核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统 - Google Patents

核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统 Download PDF

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CN109918738B CN201910112368.XA CN201910112368A CN109918738B CN 109918738 B CN109918738 B CN 109918738B CN 201910112368 A CN201910112368 A CN 201910112368A CN 109918738 B CN109918738 B CN 109918738B
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Abstract

一种核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统；所述核电厂反应堆功率状态三维可视化方法，包括以下步骤：步骤S1、获取RIC系统和KSS系统的输出参数；步骤S2、根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型。本发明的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统设计新颖，实用性强。

Description

核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统
技术领域
本发明涉及三维可视化技术领域，尤其涉及一种核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统。
背景技术
在核电厂的设计中，反应堆是核电厂的核心设备。反应堆的运行状态决定了整个核电机组的运行状态。反应堆的运行状态不能直接监测，而是通过反应堆中子通量测点、温度测点和压力容器水位测点对其进行评估获得。所以，孤立地看待监测的数值意义不大，只有关联其他的测点，将整个反应堆作为一个结构化的整体，结合反应堆系统知识进行系统分析，通过计算论证，才可以对反应堆状态进行有效评估。这样，就需要开发一种反应堆的监控系统和方法，帮助用户从细节到整体实时感知核电厂反应堆安全状态，对核电厂反应堆总体进行监控。
现阶段反应堆的监控系统包括棒控系统RGL、堆芯测量系统RIC、核仪表系统RPN、LOCA监测系统LSS等，其参数在各系统内分别监控，例如，堆芯测量系统RIC主要测量堆芯中子通量密度、堆芯温度和水位、计算饱和温度及堆芯出口温度裕度；核仪表系统RPN主要是测量源量程、中间量程、功率量程的核功率；LOCA监测系统LSS能够连续监测反应堆运行状态，连续计算，并且将计算结果以数值、图形及曲线等方式实时或延迟显示出来，同时对异常运行情况发出报警和控制信号，帮助操作人员有效地监视反应堆堆芯的运行状况。然而，现阶段的反应堆的监控系统存在如下缺点：1)堆芯测量系统RIC、核仪表系统RPN和LOCA监测系统LSS彼此关联度不足，单个系统显示的信息量不完全，不能直观显示反应堆的功率场和温度场的分布情况；2)现阶段的反应堆主要关注的是局部状态，不是整体状态，是二维体现，不是三维体现，对反应堆的各部分状态影响体现得不够清晰，不利于反应堆状态的整体把握；3)由于测量技术限制，不能实时反映反应堆的状态，这导致运行人员只能做出滞后响应。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出了一种核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统。
本发明所提出的技术方案是：
本发明提出了一种核电厂反应堆功率状态三维可视化方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取RIC系统和KSS系统的输出参数；
步骤S2、根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型。
本发明上述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法中，RIC系统和KSS系统的输出参数包括：堆芯外中子量程功率Qcore、堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)、堆芯出口温度Texit(XL,YL,ZL)以及堆芯进口水温Tin；
其中，XN为中子量程N串的X坐标，YN为中子量程N串的Y坐标，ZNM为中子量程N串的轴向M点的Z坐标；
XL为堆芯出口温度L传感器的X坐标，YL为堆芯出口温度L传感器的Y坐标，ZL为堆芯出口温度L传感器的Z坐标。
本发明上述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法中，反应堆功率场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；实际三维功率Q3D(X,Y,Z)的计算过程包括：
步骤S21、基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
步骤S22、基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
步骤S23、整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
本发明上述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法中，温度场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维温度T3D(X,Y,Z)；实际三维温度T3D(X,Y,Z)通过以下公式计算得到：
T3D(X,Y,Z)＝Tin+QT(X,Y,Z)/QT(XL,YL,Z)*[T3D(XL,YL,Z)-Tin]
T3D(XL,YL,Z)＝Tin+QT(XL,YL,Z)/QT(XL,YL,ZL)*[Texit(XL,YL,ZL)-Tin]
QT(XL,YL,Z)＝∫0z Q3D(XL,YL,Z)
Figure BDA0001968154580000031
Figure BDA0001968154580000032
其中，Tin表示堆芯进口水温；
QT(X,Y,Z)表示在堆芯中一点(X,Y,Z)的功率；
QT(XL,YL,Z)表示在测量位置XL,YL的轴向功率积分；
QT(XL,YL,ZL)表示在堆芯中测量点(XL,YL,ZL)的功率；
Texit(XL,YL,ZL)表示堆芯出口温度；
Q3D(XL,YL,Z)表示堆芯中的点(XL,YL,Z)的实际三维功率。
本发明上述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法中，反应堆功率状态三维可视化模型还用于显示核功率、热功率燃耗、轴向偏移AO、轴向功率偏差、剩余反应性、停堆裕量、硼浓度、焓升因子FΔH最大值、FΔH限值、FΔH裕量、Xe浓度、最小DNBR、DNBR限值、最小LOCA、最大线功率密度LPD、有效增值系数、慢化剂温度系数。
本发明还提出了一种基于如上所述的核电厂反应堆功率状态三维可视化系统的评估系统，其特征在于，用于根据不同工况确定实际三维功率分级和实际三维温度分级，从而对反应堆功率状态三维可视化模型所显示的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)以及实际三维温度T3D(X,Y,Z)进行评估分级。
本发明上述核电厂反应堆功率状态三维可视化系统中，包括：
获取模块，用于获取RIC系统和KSS系统的输出参数；
模型建立模块，用于根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型。
本发明上述核电厂反应堆功率状态三维可视化系统中，RIC系统和KSS系统的输出参数包括：堆芯外中子量程功率Qcore、堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)、堆芯出口温度Texit(XL,YL,ZL)以及堆芯进口水温Tin；
其中，XN为中子量程N串的X坐标，YN为中子量程N串的Y坐标，ZNM为中子量程N串的轴向M点的Z坐标；
XL为堆芯出口温度L传感器的X坐标，YL为堆芯出口温度L传感器的Y坐标，ZL为堆芯出口温度L传感器的Z坐标。
本发明上述核电厂反应堆功率状态三维可视化系统中，模型建立模块还用于：
基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；
温度场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维温度T3D(X,Y,Z)；实际三维温度T3D(X,Y,Z)通过以下公式计算得到：
T3D(X,Y,Z)＝Tin+QT(X,Y,Z)/QT(XL,YL,Z)*[T3D(XL,YL,Z)-Tin]
T3D(XL,YL,Z)＝Tin+QT(XL,YL,Z)/QT(XL,YL,ZL)*[Texit(XL,YL,ZL)-Tin]
QT(XL,YL,Z)＝∫0z Q3D(XL,YL,Z)
Figure BDA0001968154580000041
Figure BDA0001968154580000042
其中，Tin表示堆芯进口水温；
QT(X,Y,Z)表示在堆芯中一点(X,Y,Z)的功率；
QT(XL,YL,Z)表示在测量位置XL,YL的轴向功率积分；
QT(XL,YL,ZL)表示在堆芯中测量点(XL,YL,ZL)的功率；
Texit(XL,YL,ZL)表示堆芯出口温度；
Q3D(XL,YL,Z)表示堆芯中的点(XL,YL,Z)的实际三维功率。
本发明还提出了一种基于如上所述核电厂反应堆功率状态三维可视化系统的评估系统，包括：
评估模块，用于根据不同工况确定实际三维功率分级和实际三维温度分级，从而对反应堆功率状态三维可视化模型所显示的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)以及实际三维温度T3D(X,Y,Z)进行评估分级。
本发明的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统通过使核电厂反应堆功率状态三维可视化，从而使得操作人员能够从全局角度对反应堆状态进行把握，并且便于操作人员综合多方面的信息，在事故发生前做出响应。本发明的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法、评估方法及系统设计新颖，实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明优选实施例的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法的流程图；
图2示出了三次方样条函数的样条曲线的示意图；
图3示出了向心CatMull-Rom样条函数的产生过程示意图；
图4示出了本发明优选实施例的核电厂反应堆功率状态三维可视化系统及评估系统的功能模块示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：现阶段的反应堆的监控系统存在如下缺点：1)堆芯测量系统RIC、核仪表系统RPN和LOCA监测系统LSS彼此关联度不足，单个系统显示的信息量不完全，不能直观显示反应堆的功率场和温度场的分布情况；2)现阶段的反应堆主要关注的是局部状态，不是整体状态，是二维体现，不是三维体现，对反应堆的各部分状态影响体现得不够清晰，不利于反应堆状态的整体把握；3)由于测量技术限制，不能实时反映反应堆的状态，这导致运行人员只能做出滞后响应。本发明所提出的解决该技术问题的技术思路是：通过使核电厂反应堆功率状态三维可视化，从而使得操作人员能够从全局角度对反应堆状态进行把握，并且便于操作人员综合多方面的信息，在事故发生前做出响应。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施案例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，图1示出了本发明优选实施例的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法的流程图，该核电厂反应堆功率状态三维可视化方法包括以下步骤：
步骤S1、获取RIC系统和KSS系统的输出参数；
步骤S2、根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型。
在上述技术方案中，RIC系统和KSS系统的输出参数包括：堆芯外中子量程功率Qcore、堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)、堆芯出口温度Texit(XL,YL,ZL)以及堆芯进口水温Tin；
其中，XN为中子量程N串的X坐标，YN为中子量程N串的Y坐标，ZNM为中子量程N串的轴向M点的Z坐标；
XL为堆芯出口温度L传感器的X坐标，YL为堆芯出口温度L传感器的Y坐标，ZL为堆芯出口温度L传感器的Z坐标。
进一步地，反应堆功率场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；实际三维功率Q3D(X,Y,Z)的计算过程包括：
步骤S21、基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
步骤S22、基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
步骤S23、整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
在这里，步骤S21是以三次方样条函数(Cubic Spline)作为计算方法。在插值问题中，样条插值通常比多项式插值好用。用低阶的样条插值能产生和高阶的多项式插值类似的效果，并且可以避免被称为龙格现象的数值不稳定的出现。并且低阶的样条插值还具有“保凸”的重要性质。在计算机科学的计算机辅助设计和计算机图形学中，样条通常是指分段定义的多项式参数曲线。由于样条构造简单，使用方便，拟合准确，并能近似曲线拟合和交互式曲线设计中复杂的形状，样条是这些领域中曲线的常用表示方法。在三次方样条函数中，由于轴向功率数据的分布为单向规则的，向心CatMull-Rom样条函数可适用于计算轴向功率曲线。让Pi＝[Xi,Yi]T表示一个点。曲线段C可由点P0,P1,P2,P3及序列t0,t1,t2,t3定义，如图2所示。向心CatMull-Rom样条函数可以由图3产生。由所产生的曲线方程中可在t0到t3之间的t找到对应的P值。因此，在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，可在由堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)所产生的三次方样条函数曲线中得到。
在步骤S22中，贝兹曲面(n,m)是由一组(n+1)*(m+1)控制点ki,j定义的，它把单位正方形映射成嵌入在{ki,j}等维空间中的光滑连续曲面。例如，如果k是四维空间中的所有点，那么表面将在四维空间中。
二维贝兹曲面可定义为参数曲面，其中点p的位置作为参数坐标u、v的函数由以下给出：
Figure BDA0001968154580000071
当计算某一单位正方形，方程如下：
Figure BDA0001968154580000081
该方程为一个伯恩斯坦多项式，其中的二项式系数为：
Figure BDA0001968154580000082
贝兹曲面的特性为：
1)在所有线性变换和平移下，贝兹曲面将以与控制点相同的方式变换；
2)空间中的所有方形网格的所有四个边都是贝兹曲线；
3)贝兹曲面将完全位于其控制点的凸壳内，因此在任何给定的笛卡尔坐标系中也完全位于其控制点的边界框内；
4)与变形单元正方形的角相对应的补片中的点与四个控制点重合。
通常，贝兹曲面最常见的用途是双三次方的曲面。因此，单个双三次补丁的几何形状完全由一组16个控制点定义。它们通常以与贝兹曲线类似的方式连接起来形成样条曲面，从而形成样条曲线。
因此，在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)经上述的贝兹曲面函数计算后，就能得出初步三维功率Qini(X,Y,Z)。然后基于堆芯外中子量程功率Qcore来给堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和进行标定，而计算出堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
进一步地，温度场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维温度T3D(X,Y,Z)；实际三维温度T3D(X,Y,Z)通过以下公式计算得到：
T3D(X,Y,Z)＝Tin+QT(X,Y,Z)/QT(XL,YL,Z)*[T3D(XL,YL,Z)-Tin]T3D(XL,YL,Z)＝Tin+QT(XL,YL,Z)/QT(XL,YL,ZL)*[Texit(XL,YL,ZL)-Tin]
QT(XL,YL,Z)＝∫0z Q3D(XL,YL,Z)
Figure BDA0001968154580000083
Figure BDA0001968154580000084
其中，Tin表示堆芯进口水温；
QT(X,Y,Z)表示在堆芯中一点(X,Y,Z)的功率；
QT(XL,YL,Z)表示在测量位置XL,YL的轴向功率积分；
QT(XL,YL,ZL)表示在堆芯中测量点(XL,YL,ZL)的功率；
Texit(XL,YL,ZL)表示堆芯出口温度；
Q3D(XL,YL,Z)表示堆芯中的点(XL,YL,Z)的实际三维功率。
进一步地，在步骤S2中，反应堆功率状态三维可视化模型能够实时反映堆芯内部功率分布(包括轴向、径向功率分布以及反应性偏差显示)，控制棒动态及对堆芯功率的影响，压力容器水位的动态显示。反应堆功率状态三维可视化模型的建立采用3DsMAX，功能开发引擎采用先进对应的软件。根据上述反应堆功率场和温度场重构算法，建立三维反应堆可视化模型，以SPND测量值为输入。由径向4组177组，轴向18层，不小于3186个模块组成，每个模块的功率和温度都按照上述算法进行计算，其外在表现为半透明，颜色深浅按功率大小分布，其颜色范围可调。相邻功率模块的功率偏差可设定阈值，大于阈值则有闪烁出现。堆芯温度场分布同理。控制棒分别按灰棒和黑棒显示实际棒位，可插入堆芯；棒位步数间隔可调；压力容器内有动态水位显示，按照水温变化颜色，当水蒸发时，报警并有水蒸汽动态显示。
进一步地，在步骤S2中，反应堆功率状态三维可视化模型还用于显示核功率、热功率燃耗、轴向偏移AO、轴向功率偏差、剩余反应性、停堆裕量、硼浓度、焓升因子FΔH最大值、FΔH限值、FΔH裕量、Xe浓度、最小DNBR、DNBR限值、最小LOCA、最大线功率密度LPD、有效增值系数、慢化剂温度系数等堆芯重要参数。并且，堆芯重要参数可有数字和曲线趋势以及报警显示，并可通过计算得出正负反应性的平衡图显示；其中，正负反应性的分量用天平形式显示，可知各负反应性份额、有效增值系数和停堆裕量。
进一步地，本发明还提出了一种基于上述核电厂反应堆功率状态三维可视化方法的评估方法，根据不同工况确定实际三维功率分级和实际三维温度分级，从而对反应堆功率状态三维可视化模型所显示的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)以及实际三维温度T3D(X,Y,Z)进行评估分级，具体地还可以对其进行评分。每个分值范围对应一定的状态水平，具有明确的物理含义，等级水平内状态的优劣可以更详细地通过具体分值体现。
反应堆功率状态三维可视化模型的三维可视化界面具有扩展功能，便于后续扩展开发。系统主体便于可视化再设计和使用，具备开放性，提供完整规范的开发接口。具有通用性，能与各项目实际相关系统软硬件兼容，可获得与后续应用相关的平台系统安装或系统升版所需的技术支持。
进一步地，如图4所示，图4示出了本发明优选实施例的核电厂反应堆功率状态三维可视化系统及评估系统的功能模块示意图；具体地，本发明还提出了一种核电厂反应堆功率状态三维可视化系统，包括：
获取模块100，用于获取RIC系统和KSS系统的输出参数；
模型建立模块200，用于根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型。
在上述技术方案中，RIC系统和KSS系统的输出参数包括：堆芯外中子量程功率Qcore、堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)、堆芯出口温度Texit(XL,YL,ZL)以及堆芯进口水温Tin；
其中，XN为中子量程N串的X坐标，YN为中子量程N串的Y坐标，ZNM为中子量程N串的轴向M点的Z坐标；
XL为堆芯出口温度L传感器的X坐标，YL为堆芯出口温度L传感器的Y坐标，ZL为堆芯出口温度L传感器的Z坐标。
进一步地，反应堆功率场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；模型建立模块200还用于：
基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
在这里，在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)的计算是采用三次方样条函数(Cubic Spline)作为计算方法。在插值问题中，样条插值通常比多项式插值好用。用低阶的样条插值能产生和高阶的多项式插值类似的效果，并且可以避免被称为龙格现象的数值不稳定的出现。并且低阶的样条插值还具有“保凸”的重要性质。在计算机科学的计算机辅助设计和计算机图形学中，样条通常是指分段定义的多项式参数曲线。由于样条构造简单，使用方便，拟合准确，并能近似曲线拟合和交互式曲线设计中复杂的形状，样条是这些领域中曲线的常用表示方法。在三次方样条函数中，由于轴向功率数据的分布为单向规则的，向心CatMull-Rom样条函数可适用于计算轴向功率曲线。让Pi＝[Xi,Yi]T表示一个点。曲线段C可由点P0,P1,P2,P3及序列t0,t1,t2,t3定义，如图2所示。向心CatMull-Rom样条函数可以由图3产生。由所产生的曲线方程中可在t0到t3之间的t找到对应的P值。因此，在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，可在由堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)所产生的三次方样条函数曲线中得到。
在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)的计算过程中，贝兹曲面(n,m)是由一组(n+1)*(m+1)控制点ki,j定义的，它把单位正方形映射成嵌入在{ki,j}等维空间中的光滑连续曲面。例如，如果k是四维空间中的所有点，那么表面将在四维空间中。
二维贝兹曲面可定义为参数曲面，其中点p的位置作为参数坐标u、v的函数由以下给出：
Figure BDA0001968154580000111
当计算某一单位正方形，方程如下：
Figure BDA0001968154580000112
该方程为一个伯恩斯坦多项式，其中的二项式系数为：
Figure BDA0001968154580000121
贝兹曲面的特性为：
1)在所有线性变换和平移下，贝兹曲面将以与控制点相同的方式变换；
2)空间中的所有方形网格的所有四个边都是贝兹曲线；
3)贝兹曲面将完全位于其控制点的凸壳内，因此在任何给定的笛卡尔坐标系中也完全位于其控制点的边界框内；
4)与变形单元正方形的角相对应的补片中的点与四个控制点重合。
通常，贝兹曲面最常见的用途是双三次方的曲面。因此，单个双三次补丁的几何形状完全由一组16个控制点定义。它们通常以与贝兹曲线类似的方式连接起来形成样条曲面，从而形成样条曲线。
因此，在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)经上述的贝兹曲面函数计算后，就能得出初步三维功率Qini(X,Y,Z)。然后基于堆芯外中子量程功率Qcore来给堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和进行标定，而计算出堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
进一步地，温度场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维温度T3D(X,Y,Z)；实际三维温度T3D(X,Y,Z)通过以下公式计算得到：
T3D(X,Y,Z)＝Tin+QT(X,Y,Z)/QT(XL,YL,Z)*[T3D(XL,YL,Z)-Tin]T3D(XL,YL,Z)＝Tin+QT(XL,YL,Z)/QT(XL,YL,ZL)*[Texit(XL,YL,ZL)-Tin]
QT(XL,YL,Z)＝∫0z Q3D(XL,YL,Z)
Figure BDA0001968154580000122
Figure BDA0001968154580000123
其中，Tin表示堆芯进口水温；
QT(X,Y,Z)表示在堆芯中一点(X,Y,Z)的功率；
QT(XL,YL,Z)表示在测量位置XL,YL的轴向功率积分；
QT(XL,YL,ZL)表示在堆芯中测量点(XL,YL,ZL)的功率；
Texit(XL,YL,ZL)表示堆芯出口温度；
Q3D(XL,YL,Z)表示堆芯中的点(XL,YL,Z)的实际三维功率。
进一步地，反应堆功率状态三维可视化模型能够实时反映堆芯内部功率分布(包括轴向、径向功率分布以及反应性偏差显示)，控制棒动态及对堆芯功率的影响，压力容器水位的动态显示。反应堆功率状态三维可视化模型的建立采用3DsMAX，功能开发引擎采用先进对应的软件。根据上述反应堆功率场和温度场重构算法，建立三维反应堆可视化模型，以SPND测量值为输入。由径向4组177组，轴向18层，不小于3186个模块组成，每个模块的功率和温度都按照上述算法进行计算，其外在表现为半透明，颜色深浅按功率大小分布，其颜色范围可调。相邻功率模块的功率偏差可设定阈值，大于阈值则有闪烁出现。堆芯温度场分布同理。控制棒分别按灰棒和黑棒显示实际棒位，可插入堆芯；棒位步数间隔可调；压力容器内有动态水位显示，按照水温变化颜色，当水蒸发时，报警并有水蒸汽动态显示。
进一步地，反应堆功率状态三维可视化模型还用于显示核功率、热功率燃耗、轴向偏移AO、轴向功率偏差、剩余反应性、停堆裕量、硼浓度、焓升因子FΔH最大值、FΔH限值、FΔH裕量、Xe浓度、最小DNBR、DNBR限值、最小LOCA、最大线功率密度LPD、有效增值系数、慢化剂温度系数等堆芯重要参数。并且，堆芯重要参数可有数字和曲线趋势以及报警显示，并可通过计算得出正负反应性的平衡图显示；其中，正负反应性的分量用天平形式显示，可知各负反应性份额、有效增值系数和停堆裕量。
进一步地，本发明还提出了一种基于上述核电厂反应堆功率状态三维可视化系统的评估系统，包括：
评估模块300，用于根据不同工况确定实际三维功率分级和实际三维温度分级，从而对反应堆功率状态三维可视化模型所显示的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)以及实际三维温度T3D(X,Y,Z)进行评估分级，具体地还可以对其进行评分。每个分值范围对应一定的状态水平，具有明确的物理含义，等级水平内状态的优劣可以更详细地通过具体分值体现。
反应堆功率状态三维可视化模型的三维可视化界面具有扩展功能，便于后续扩展开发。系统主体便于可视化再设计和使用，具备开放性，提供完整规范的开发接口。具有通用性，能与各项目实际相关系统软硬件兼容，可获得与后续应用相关的平台系统安装或系统升版所需的技术支持。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种核电厂反应堆功率状态三维可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、获取RIC系统和KSS系统的输出参数；RIC系统是指堆芯测量系统；
步骤S2、根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型；
RIC系统和KSS系统的输出参数包括：堆芯外中子量程功率Qcore、堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)、堆芯出口温度Texit(XL,YL,ZL)以及堆芯进口水温Tin；
其中，XN为中子量程N串的X坐标，YN为中子量程N串的Y坐标，ZNM为中子量程N串的轴向M点的Z坐标；
XL为堆芯出口温度L传感器的X坐标，YL为堆芯出口温度L传感器的Y坐标，ZL为堆芯出口温度L传感器的Z坐标；
反应堆功率场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；实际三维功率Q3D(X,Y,Z)的计算过程包括：
步骤S21、基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
步骤S22、基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
步骤S23、整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
2.根据权利要求1所述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法，其特征在于，温度场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维温度T3D(X,Y,Z)；实际三维温度T3D(X,Y,Z)通过以下公式计算得到：
T3D(X,Y,Z)＝Tin+QT(X,Y,Z)/QT(XL,YL,Z)*[T3D(XL,YL,Z)-Tin]
T3D(XL,YL,Z)＝Tin+QT(XL,YL,Z)/QT(XL,YL,ZL)*[Texit(XL,YL,ZL)-Tin]
QT(XL,YL,Z)＝∫0z Q3D(XL,YL,Z)
Figure FDA0003921058260000021
Figure FDA0003921058260000022
其中，Tin表示堆芯进口水温；
QT(X,Y,Z)表示在堆芯中一点(X,Y,Z)的功率；
QT(XL,YL,Z)表示在测量位置XL,YL的轴向功率积分；
QT(XL,YL,ZL)表示在堆芯中测量点(XL,YL,ZL)的功率；
Texit(XL,YL,ZL)表示堆芯出口温度；
Q3D(XL,YL,Z)表示堆芯中的点(XL,YL,Z)的实际三维功率。
3.根据权利要求2所述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法，其特征在于，反应堆功率状态三维可视化模型还用于显示核功率、热功率燃耗、轴向偏移AO、轴向功率偏差、剩余反应性、停堆裕量、硼浓度、焓升因子FΔH最大值、FΔH限值、FΔH裕量、Xe浓度、最小DNBR、DNBR限值、最小LOCA、最大线功率密度LPD、有效增值系数、慢化剂温度系数。
4.一种基于如权利要求2或3所述的核电厂反应堆功率状态三维可视化方法的评估方法，其特征在于，用于根据不同工况确定实际三维功率分级和实际三维温度分级，从而对反应堆功率状态三维可视化模型所显示的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)以及实际三维温度T3D(X,Y,Z)进行评估分级。
5.一种核电厂反应堆功率状态三维可视化系统，其特征在于，包括：
获取模块(100)，用于获取RIC系统和KSS系统的输出参数；RIC系统是指堆芯测量系统；
模型建立模块(200)，用于根据RIC系统和KSS系统的输出参数，并基于反应堆功率场重构算法和温度场重构算法，建立反应堆功率状态三维可视化模型；
RIC系统和KSS系统的输出参数包括：堆芯外中子量程功率Qcore、堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)、堆芯出口温度Texit(XL,YL,ZL)以及堆芯进口水温Tin；
其中，XN为中子量程N串的X坐标，YN为中子量程N串的Y坐标，ZNM为中子量程N串的轴向M点的Z坐标；
XL为堆芯出口温度L传感器的X坐标，YL为堆芯出口温度L传感器的Y坐标，ZL为堆芯出口温度L传感器的Z坐标；
反应堆功率场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；模型建立模块(200)还用于：
基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)。
6.根据权利要求5所述的核电厂反应堆功率状态三维可视化系统，其特征在于，模型建立模块(200)还用于：
基于堆芯内中子量程功率Qint(XN,YN,ZNM)计算得到在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)；
基于在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)，并根据贝兹曲面函数计算在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)；
整合在XN,YN位置的中子量程N串的轴向功率曲线QN(Z)以及在轴向位置Z所在径向平面的功率曲面QZ(X,Y)，从而得到初步三维功率Qini(X,Y,Z)；然后基于堆芯外中子量程功率Qcore等于堆芯中所有点的初步三维功率Qini(X,Y,Z)的总和而计算得到堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)；
温度场重构算法用于计算堆芯中的点(X,Y,Z)的实际三维温度T3D(X,Y,Z)；实际三维温度T3D(X,Y,Z)通过以下公式计算得到：
T3D(X,Y,Z)＝Tin+QT(X,Y,Z)/QT(XL,YL,Z)*[T3D(XL,YL,Z)-Tin]
T3D(XL,YL,Z)＝Tin+QT(XL,YL,Z)/QT(XL,YL,ZL)*[Texit(XL,YL,ZL)-Tin]
QT(XL,YL,Z)＝∫0z Q3D(XL,YL,Z)
Figure FDA0003921058260000041
Figure FDA0003921058260000042
其中，Tin表示堆芯进口水温；
QT(X,Y,Z)表示在堆芯中一点(X,Y,Z)的功率；
QT(XL,YL,Z)表示在测量位置XL,YL的轴向功率积分；
QT(XL,YL,ZL)表示在堆芯中测量点(XL,YL,ZL)的功率；
Texit(XL,YL,ZL)表示堆芯出口温度；
Q3D(XL,YL,Z)表示堆芯中的点(XL,YL,Z)的实际三维功率。
7.一种基于如权利要求6所述核电厂反应堆功率状态三维可视化系统的评估系统，包括：
评估模块(300)，用于根据不同工况确定实际三维功率分级和实际三维温度分级，从而对反应堆功率状态三维可视化模型所显示的实际三维功率Q3D(X,Y,Z)以及实际三维温度T3D(X,Y,Z)进行评估分级。
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