CN114638081A - 核电设计软件模型评估系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种核电设计软件模型评估系统，包括：EMDAP方法电子化流程、各类PIRT工作模版、试验数据库。EMDAP方法电子化流程，用于指导各步骤的完成并记录其完成情况；各类PIRT工作模板，用于辅助EMDAP方法电子化流程中各步骤的执行；试验数据库包括基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的试验数据，用于核电设计软件评估矩阵的生成及软件评估应用。由此，可依据EMDAP方法的要求建立模型评价的方法及技术规范，指导核电设计软件的模型评估过程，操作方便，并且该系统中试验数据库和内置模板，可以支持多种程序的评估。另外，由于试验数据库中的试验数据是基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的，因此，可以方便用户和评估系统本身检索和显示。
Description
技术领域
本申请涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电设计软件模型评估系统。
背景技术
拥有完整自主知识产权的商用核电软件，对核电事业的发展具有十分深远的影响。相关技术中，核电软件研发方及监管方，在软件评估及评估审查方面都面临着经验不足的现状，同时，整个软件模型评估过程本身也是一个长期的迭代过程，工作量十分庞大。
发明内容
本申请提出一种核电设计软件模型评估系统。
本申请一方面实施例提出了一种核电设计软件模型评估系统，包括：评估模型开发和评估过程(Evaluation Model Development and Assessment Process，EMDAP)方法电子化流程、各类现象识别与排序表(Phenomena Identification and Ranking Table，PIRT)工作模版、试验数据库；其中，
所述EMDAP方法电子化流程，用于指导各步骤的完成并记录其完成情况；所述各类PIRT工作模板，用于辅助所述EMDAP方法电子化流程中各步骤的执行；所述试验数据库包括基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的试验数据，用于核电设计软件评估矩阵的生成及软件评估应用；
在对待评估核电设计软件进行评估时，从各类PIRT工作模板中，确定出与待评估核电设计软件对应的目标PIRT；
根据所述目标PIRT、所述试验数据库中关键参数范围、参考堆型及比例因子，生成所述待评估核电设计软件的评估矩阵；
根据所述评估矩阵中各候选试验数据的可用性，确定可用试验数据；
根据所述可用试验数据，对所述待评估核电设计软件进行评估。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括：抽样脚本及不确定性分析工具；
所述抽样脚本及不确定性分析工具，用于与标准程序抽样输入文件的模版和生成脚本结合，确定计算结果的不确定度。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括：曲线显示及导入导出工具，用于对试验曲线和参考程序计算结果曲线进行导入导出操作，其中，试验曲线是基于试验库中的试验数据生成的曲线。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括：层次分析法(The analytichierarchy process，AHP)评分工具，用于确定所述目标PIRT中各现象的重要性评分。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括评估流程操作界面。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括：试验数据查询管理操作界面，用于试验数据的导入导出、查询和权限分配。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，所述各类PIRT工作模板包括针对不同核电设计软件在不同堆型、不同瞬态工况、不同子系统中现象及参数列表的模版。
在本申请实施例一种可能的实现方式中，所述试验数据库包括分离效应试验数据集、整体效应试验数据集、标准题数据集、电厂数据集、堆芯物理子数据集。
本申请实施例的核电设计软件模型评估系统，包括EMDAP方法电子化流程、各类现象识别与排序表PIRT工作模版、试验数据库等，那么可以依据EMDAP方法的要求建立模型评价的方法及技术规范，指导核电设计软件的模型评估过程，操作方便，并且该系统中试验数据库和内置模板，可以支持多种程序的评估。另外，由于试验数据库中的试验数据是基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的，因此，可以方便用户和评估系统本身检索和显示。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种核电设计软件模型评估系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的某堆型系统分析程序大冷却剂丧失事故(Loss ofCoolant Accident，LOCA)分析PIRT工作模板；
图3为本申请实施例提供的一种核电设计软件模型评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的核电设计软件模型评估系统。
图1为本申请实施例提供的一种核电设计软件模型评估系统的结构示意图。
如图1所示，该核电设计软件模型评估系统100包括EMDAP方法电子化流程110、各类PIRT工作模版120和试验数据库130。
本申请中，评估系统100中内置完整的EMDAP方法电子化流程110，用于指导各步骤的完成并记录其完成情况。
EMDAP流程是一个需要迭代的流程，可以包含软件完整的开发和验证评估过程，整个流程的管理如同一个项目过程的管理，每一步骤可以通过向导式的交互模式通过选择或者参考模版的方式前进。
EMDAP方法可以由模型的需求分析、用于评价的数据的数据库的建立和评价、程序开发、模型评价等组成。该方法中可以将开发与评估过程分为四大要素共20个步骤，且对于评价模型的适宜性评估进行了详细的规定，共分为7个步骤。在常用的9类安全分析程序中，除了概率安全分析程序之外，EMDAP方法大部分步骤均可适用于其余8类程序，如表1所示。
表1EDAM方法对9类安全分析程序的适用性
该评估系统100包含一个包含大量分离效应试验和整体效应、电厂运行数据等的试验数据库130。其中，数据和文档用关系数据库管理系统按台架和工况分类进行录入和存储，试验数据库130可以方便用户和评估系统本身检索和显示，也可方便地利用附带曲线工具导入导出；除了试验数据之外，数据库还保存了业界标准对标程序的建模参数和计算结果。
该评估系统100还内置了丰富的PIRT工作模版来辅助流程中各步骤的实施。比如，参考内置的PIRT工作模版，可按分析的瞬态过程和各阶段的现象确定对象堆型分析软件的PIRT工作模板。另外，用户也可以自行添加不同种类分析程序的模版。
各类PIRT工作模板120，用于辅助EMDAP方法电子化流程中各步骤的执行。
以某堆型系统分析程序大冷却剂丧失事故LOCA分析为例，图2示出了该堆型系统分析程序大LOCA分析PIRT工作模板。如图2所示，该PIRT工作模板中包括部件、每个部件对应的现象等。
试验数据库130中可以包括基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的试验数据。试验数据库130，可以用于核电设计软件评估矩阵的生成及软件评估应用。
本申请中，建立试验数据库130的步骤可以包括数据收集、数据加工和处理和建立数据库三个步骤。
在进行数据收集时，在开展充分的调研后，可以通过以下途径获取了近百个台架的试验数据：
一是，通过国际知名高校图书馆、科研机构、公司采购一批试验数据。
二是，加入一些试验计划，并陆续获得计划中已经完成的试验数据。
三是，建立一批自主试验台架，开展多个自主试验，获取一批高质量试验数据用于补充模型评估中的不足。这些可以试验包括：
(1)空气-水大管径管内流动特性相关试验数据，包括相向流动、相分离、流型等；
(2)小管径管内两相流动与传热试验数据，包括AP系列反应堆ADS4及主管连接处T型管道内的相向流动限制(Counter Current Flow Limit，CCFL)、热管段内的热混合等现象；
(3)棒束流动与传热试验数据，包括横向搅浑、棒束内流场分布等试验；
(3)喷放与临界流试验数据，包括稳态及准稳态的高压临界流试验，包括单相临界流及两相临界流；
(4)开式池内两相流传热试验数据，包括非能动余热排出(Passive ResidualHeat Removal，PRHR)换热器换热特性及安全壳内置换料水箱(IRWST)内的流场及温度场分布等；
(5)高压大容器内两相传热试验数据，主要研究堆芯补水箱(CMT)水箱内的热分层、CMT与一回路的循环机制等数据；
(6)全压自然循环试验数据，包括单相自然循环、两相自然循环，流动不稳定性等研究数据。
对于数据加工和处理，在收集到试验数据以后，可以对每个试验台架的数据进行整理。由于很多年代久远的试验数据，只有扫描版的试验报告，可能试验数据在扫描版报告的表格里面，可能没有试验原始数据，只有曲线图，因此需要将这些试验数据转化为数字表格。对大部分没有建立参考程序模型并进行计算的台架，梳理建模节点的几何信息，整理好试验数据和参考程序的计算结果并生成曲线；解析各试验台架的设计文档和报告，并整理台架信息表以及工况信息表。最终，该试验数据库可以包含分离效应试验数据集、整体效应试验数据集、标准题数据集、电厂数据集、堆芯物理子数据集等。
在对试验数据进行加工处理后，可以按整理的试验台架信息表和工况信息表将试验数据录入数据库系统。其中，数据库系统可以是结构化查询语言(Structured QueryLanguage，SQL)Server、MySQL等，本申请对此不作限定。
本申请中，在对待评估核电设计软件进行评估时，可以从各类PIRT工作模板中，确定出与待评估核电设计软件对应的目标PIRT。之后，根据目标PIRT、试验数据库中关键参数范围、参考堆型及比例因子，生成待评估核电设计软件的评估矩阵，再根据评估矩阵中各候选试验数据的可用性，确定可用试验数据。在确定可用试验数据后，根据可用试验数据，对待评估核电设计软件进行评估。
其中，评估矩阵中可以包括可用的试验、每个可用试验的可用参数和不可用参数。
本申请实施例的核电设计软件模型评估系统，包括EMDAP方法电子化流程、各类现象识别与排序表PIRT工作模版、试验数据库等，那么可以依据EMDAP方法的要求建立模型评价的方法及技术规范，指导核电设计软件的模型评估过程，操作方便，并且该系统中试验数据库和内置模板，可以支持多种程序的评估。另外，由于试验数据库中的试验数据是基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的，因此，可以方便用户和评估系统本身检索和显示。
图3为本申请实施例提供的另一种核电设计软件模型评估系统的结构图。
如图3所示，该评估系统可以采用三层浏览器和服务器架构(Browser ServerArchitecture，BS)架构，包括数据层、服务层和展示层。
数据层有流程库、模板库、工具库、试验数据库等。其中，流程库中可以包括EMDAP评估流程；模板库中可以包括各类PIRT工作模板；工具库中可以包括曲线显示及导入导出工具、抽样脚本及不确定性分析工具、AHP评分工具等；试验数据库可以包括基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的试验数据。
本申请中，抽样脚本及不确定性分析工具，可以用于结合标准程序抽样输入文件的模版和生成脚本，确定计算结果的不确定度。
曲线显示及导入导出工具，可以用于对试验曲线和参考程序计算结果曲线进行导入导出操作。其中，试验曲线是基于试验库中的试验数据生成的曲线。
AHP评分工具，可以用于确定目标PIRT中各现象的重要性评分。本申请中，在对待评估核电设计软件对应的目标PIRT后，可以用AHP评分工具，确定目标PIRT中各现象的重要性评分，以根据重要性评分，确定评估可用的试验及试验数据中可用参数等。
数据层可以采用关系数据库系统存储EMDAP评估流程、各步骤包含的针对不同核电设计软件在不同堆型、不同瞬态工况、不同子系统等中现象及参数列表等模版、曲线显示及导入导出工具以及抽样脚本及不确定性分析工具、试验台架及工况数据、相关文档等。
服务层可以提供评估流程定义及修改、模版新增及修改、参数抽样或计算执行及不确定性分析、计算结果与试验数据对比验证等功能。
展示层主要是提供评估流程操作界面，并且还为试验数据提供了用于试验数据的导入导出、查询和权限分配的试验数据查询管理操作界面。
本申请中，评估系统中内置完整的EMDAP方法电子化流程，用于指导各步骤的完成并记录其完成情况。EMDAP流程是一个需要迭代的流程，可以包含软件完整的开发和验证评估过程。
该评估系统包含一个包含大量分离效应试验和整体效应、电厂运行数据等的试验数据库。其中，数据和文档用关系数据库管理系统按台架和工况分类进行录入和存储，试验数据可以方便用户和评估系统本身检索、显示，也可方便地利用附带曲线工具导入导出；除了试验数据之外，数据库还保存了业界标准对标程序的建模参数和计算结果。
该评估系统还内置了丰富的PIRT工作模版来辅助电子化流程中各步骤的执行。比如，参考内置的PIRT工作模版，可按分析的瞬态过程和各阶段的现象确定对象堆型分析软件的PIRT工作模板。另外，用户也可以自行添加不同种类分析程序的模版。
本申请的试验数据库可以包括分离效应试验数据集、整体效应试验数据集、标准题数据集、电厂数据集、堆芯物理子数据集等，还包括标准对标程序的建模参数和计算结果。
对于试验数据库包括数据收集、数据加工和处理和建立数据库，具体过程如上述实施例所述，在此不再赘述。
对于评估矩阵的生成，可以依据这些现象作为关键字并辅以关键参数范围、参考堆型及比例因子等信息在试验数据库中搜索，即可列出可用的试验台架数据，如果某现象找不到对应的台架数据或不存在需求的工况可标记为缺失，需要另行收集；如果找到多组以上的台架，可根据台架数据质量和进行挑选。形成的初步PIRT表可以和类似堆型的PIRT模版进行对比分析。
本申请的评估系统还包括抽样脚本及不确定性分析工具。对选用保守评价模型来说，不需要确定其不确定性，只需要通过试验数据验证其结果是保守的即可。对选用最佳估算评价模型来说，需要计算不确定性。
以压水堆核电厂失水事故为例，该事故最佳估算的不确定性来源可分为三类。第一类是最佳估算程序中计算模型对物理现象的近似，以及程序求解方法中的近似。这是最佳估算不确定性的根本来源。第二类是简化的电厂模型对真实电厂的近似，这是不确定性的重要来源。第三类是“用户效应”，即程序用户由于经验差异或使用疏忽等,导致分析结果出现不确定。
以压水堆核电厂失水事故为例，该事故最佳估算的不确定性来源可分为三类。第一类是最佳估算程序中计算模型对物理现象的近似，以及程序求解方法中的近似。这是最佳估算不确定性的根本来源。第二类是简化的电厂模型对真实电厂的近似，这是不确定性的重要来源。第三类是“用户效应”，即程序用户由于经验差异或使用疏忽等,导致分析结果出现不确定。
为了便于说明，如下表2所示，表2示出了最佳估算分析的不确定性来源分类及其定量分析的可能性。
表2最佳估算分析的不确定性来源分类及其定量分析的可能性
本申请中，不确定性分析方法可分两大类：输入不确定性传播方法和输出不确定性外推方法。相关技术中，广泛采用输入不确定性传播方法进行不确定性分析。运用不确定性分析方法进行核电厂安全分析时，要求假想事故中关键参数拥有95％以上的置信度满足可接受的限值(95％的概率)，这涉及到概率论中容忍空间的确定。容忍区间确定方法可分为参数统计方法和非参数统计方法两大类，参数统计法常用的有传统参数统计法和欧文因子法，而非参数统计法常用的有Wilks方法和Bootstrap自助法。对常用压水堆核电厂LOCA事故，不确定性来源如下表所示。针对不同堆型的环路布置数目和安注管线列数，可根据此参数模版做相应的变化。
以压水堆核电厂失水事故为例，表3示出了压水堆核电厂失水事故不确定性来源。
表3压水堆核电厂失水事故不确定性来源
在确定分析的模型参数和初始参数之后，需要针对被评估的程序在确定的区间内进行随机抽样，生成多张仅这些参数不一样的输入卡并进行计算。为了保证随机性和避免手动更改带来的错误，可以使用批处理脚本或者python脚本对参考输入卡中标记的参数进行抽样和保存；通过不确定性分析程序进行计算结果的读取、统计并且按选定的不确定性计算方法来计算结果的不确定性。比如，LOCA事故中的最高燃料包壳温度(Peak CladdingTemperature，PCT)、包壳局部最大氧化量(Localized Maximum Oxidation，LMO)、包壳与水和蒸汽氧化反应(Core Wide Oxidation，CWO)生成氢气量计算结果。
本申请的评估系统可以适用于表4所示的四种评价模型。
表4评价模型种类
本申请的评估系统可以适用于上述四类评价模型，对于保守评价模型和组合评价模型，在采用试验数据验证程序计算结果的保真度后，可以认为选取保守假设和保守数据足以保证安全性，不需要做不确定性分析。本申请的评估系统也是一个可以扩充模版和试验数据库的框架系统，可以通过更新的方式不断提高适用性及经验性。
本申请实施例的核电设计软件模型评估系统的有益效果如下：
(1)适用范围广
该模型评估系统可以适用于放射学分析程序、中子物理程序、燃料行为程序、热工水力程序、安全壳热工水力程序、结构程序、严重事故分析程序、放射性后果分析程序等核电安全分析软件的保守评价模型评价和最佳估算评价模型评价，相对于一般的模型评价方法论而言只会采用其中的一种，且主要侧重于系统热工水力分析程序的大破口失水事故，不如本申请的评估系统适用性广、可定制性强。
(2)使用易上手
由于本申请的评估系统内置电子流程，向导式的操作过程以及各个步骤内置的大量模版、曲线和不确定性工具、抽样脚本可供用户选择，免去用户从零开始的困扰。
(3)评估矩阵和试验数据完整性可自动给出
本申请的评估系统内置试验数据库包含了多个台架、上千种工况、经过二次处理的试验数据及相关文档。这些试验数据可以覆盖二代压水堆及三代AP/CAP系列非能动压水堆核电厂事故安全分析的现象。由于经过精加工、可直接按照PIRT表导出对应现象的试验台架数据有无情况，免去大量的调研工作及数据再处理工作。
本申请的评估系统可以适用于放射学分析程序、中子物理程序、燃料行为程序、热工水力程序、安全壳热工水力程序、结构程序、严重事故分析程序、放射性后果分析程序等核电安全分析软件的保守评价模型评价和最佳估算评价模型评价、适用性广、可定制性强等，可以不断吸收各类软件和方法的经验来更新模板库，从而指导整个程序的评估和取证工作。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种核电设计软件模型评估系统，其特征在于，包括：评估模型开发和评估过程EMDAP方法电子化流程、各类现象识别与排序表PIRT工作模版、试验数据库；其中，
所述EMDAP方法电子化流程，用于指导各步骤的完成并记录其完成情况；所述各类PIRT工作模板，用于辅助所述EMDAP方法电子化流程中各步骤的执行；所述试验数据库包括基于试验台架信息表和工况信息表进行存储的试验数据，用于核电设计软件评估矩阵的生成及软件评估应用；
在对待评估核电设计软件进行评估时，从各类PIRT工作模板中，确定出与待评估核电设计软件对应的目标PIRT；
根据所述目标PIRT、所述试验数据库中关键参数范围、参考堆型及比例因子，生成所述待评估核电设计软件的评估矩阵；
根据所述评估矩阵中各候选试验数据的可用性，确定可用试验数据；
根据所述可用试验数据，对所述待评估核电设计软件进行评估。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：抽样脚本及不确定性分析工具；
所述抽样脚本及不确定性分析工具，用于与标准程序抽样输入文件的模版和生成脚本结合，确定计算结果的不确定度。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：曲线显示及导入导出工具，用于对试验曲线和参考程序计算结果曲线进行导入导出操作，其中，试验曲线是基于试验库中的试验数据生成的曲线。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：层次分析法AHP评分工具，用于确定所述目标PIRT中各现象的重要性评分。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：评估流程操作界面。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：试验数据查询管理操作界面，用于试验数据的导入导出、查询和权限分配。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述各类PIRT工作模板包括针对不同核电设计软件在不同堆型、不同瞬态工况、不同子系统中现象及参数列表的模版。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述试验数据库包括分离效应试验数据集、整体效应试验数据集、标准题数据集、电厂数据集、堆芯物理子数据集。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述试验数据库包括标准对标程序的建模参数和计算结果。
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