CN115048797B - 非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质，包括：针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案。本发明采用智能优化算法对非能动余热排出系统进行自动优化设计，以缩短产品的研发周期，充分挖掘设计裕量，提高了策略优化生成效率。

Description

非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及非能动余热排出系统的优化技术领域，具体涉及非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质。
背景技术
现有的非能动余热排出系统的优化策略往往依靠人为经验进行反复的“系统策略设计-安全分析-分析校正”线性迭代工作，并不能充分挖掘非能动余热排出系统的设计裕量，造成策略生成效率低，对工程师的优化设计经验依赖性较强的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的非能动余热排出系统的优化策略往往依靠人为经验进行反复的“系统策略设计-安全分析-分析校正”线性迭代工作，并不能充分挖掘非能动余热排出系统的设计裕量，造成策略生成效率低等问题。
本发明目的在于提供非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质，本发明以最优化理为基础，以安全分析结果为导向，采用先进的智能优化算法对非能动余热排出系统进行自动优化设计，以缩短产品的研发周期，充分挖掘设计裕量，提高了策略优化生成效率，提高产品的安全性。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了非能动余热排出系统的优化策略生成方法，该方法包括：
针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；
根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；
根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；
对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案。
工作原理是：基于现有的非能动余热排出系统的优化策略往往依靠人为经验进行反复的“系统策略设计-安全分析-分析校正”线性迭代工作，并不能充分挖掘非能动余热排出系统的设计裕量，造成策略生成效率低等问题。本发明考虑到随着计算机技术的进步和优化理论的发展，最优化理论被广泛应用于各个领域；本发明依靠计算机高效的计算性能，最优设计化方法能够自动、并行地搜索设计空间，提升产品性能，缩短研发周期。
本发明非能动余热排出系统的优化策略生成方法，适应于压水堆核电厂；本发明充分挖掘非能动余热排出系统的设计裕量，针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；针对非能动余热排出系统的策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围和非能动余热排出系统的约束条件；采用多目标非支配遗传算法，通过反应堆系统分析程序计算全厂断电(含可靠电丧失)事故工况下的结果，从而搜索设计空间内非能动余热排出系统的优化策略方案集合；结合工程师的偏好信息和实际施工条件，从所述化策略方案集合的多个Pareto最优解中，选择一个作为最终的非能动余热排出系统的最优策略方案。
本发明采用先进的智能优化算法对非能动余热排出系统进行自动优化设计，以缩短产品的研发周期，充分挖掘设计裕量，提高了策略优化生成效率，提高产品的安全性。
进一步地，所述基准事故清单包括全厂断电事故、主蒸汽管道破裂事故和中小破口失水事故等；
其中，所述全厂断电事故为含可靠电丧失的全厂断电事故。
进一步地，所述全厂断电事故的限制性工况包括：堆芯临界热流密度比DNBR不超过相应限值，反应堆冷却剂系统压力不超过相应限值和主蒸汽系统压力不超过相应限值。
进一步地，所述的根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型，具体包括：
根据所述全厂断电事故的限制性工况，确定策略优化目标；所述策略优化目标是使事故过程中反应堆一回路系统排放量最小(安全性)和使非能动余热排出系统体积最小(经济性)的反应堆系统分析程序；
基于所述策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围，作为设计空间；所述影响因素为影响非能动余热排出系统功率和体积的参数，所述影响因素包括换热器传热管根数、换热器传热管平均长度、换热器传热管竖直段长度、换热器传热管水平段长度、换热器布置高度、补水箱内径和补水箱高度；
基于所述策略优化目标，确定非能动余热排出系统的约束条件，作为所述策略优化目标的约束条件。
进一步地，所述对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合，具体为：采用多目标非支配遗传算法，通过反应堆系统分析程序计算全厂断电(含可靠电丧失)事故工况下的结果，从而搜索所述设计空间内非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
所述搜索过程包括以下子步骤：
步骤1，在所述设计空间内随机生成初代父代种群Pt，种群规模为N；
步骤2，基于父代种群利用交叉、变异等遗传算子产生一个子代种群Qt，并将这两个种群合并为一个新种群Rt；
步骤3，调用反应堆系统分析程序计算种群Rt内个体目标函数值及相关约束参数值，进而评价个体适应性；
步骤4，按个体适应性大小由高到低依次将Rt内个体选入新种群Pt+1中，直至Pt+1规模为N；
步骤5，判断是否满足迭代终止条件：若满足，则Pt+1即为优化方案集合；若不满足，则重复步骤2至步骤5。
进一步地，根据所述优化策略方案集合，结合制造的工艺和可维修性，从所述优化策略方案集合中选择一个最优策略方案。
第二方面，本发明又提供了非能动余热排出系统的优化策略生成装置，该装置支持所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法；该装置包括：
基准事故清单单元，用于针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；
限制性工况单元，用于根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；
建立策略优化单元，用于根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；
优化策略方案集合生成单元，用于对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
最优策略选择单元，用于根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案。
进一步地，当所述基准事故清单为全厂断电事故，所述全厂断电事故为含可靠电丧失的全厂断电事故；
所述全厂断电事故的限制性工况包括：堆芯临界热流密度比DNBR不超过相应限值，反应堆冷却剂系统压力不超过相应限值和主蒸汽系统压力不超过相应限值；
所述建立策略优化单元的执行过程为：
根据所述全厂断电事故的限制性工况，确定策略优化目标；所述策略优化目标是使事故过程中反应堆一回路系统排放量最小(安全性)和使非能动余热排出系统体积最小(经济性)的反应堆系统分析程序；
基于所述策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围，作为设计空间；所述影响因素为影响非能动余热排出系统功率和体积的参数，所述影响因素包括换热器传热管根数、换热器传热管平均长度、换热器传热管竖直段长度、换热器传热管水平段长度、换热器布置高度、补水箱内径和补水箱高度；
基于所述策略优化目标，确定非能动余热排出系统的约束条件，作为所述策略优化目标的约束条件。
第三方面，本发明又提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法。
第四方面，本发明又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质，本发明以基准事故分析结果为导向，并基于最优化理论对非能动余热排出系统进行策略优化设计，区别于传统优化方法的反复进行“试算-评价-校正”的线性优化模式，本发明的智能优化算法对非能动余热排出系统进行自动优化设计，以缩短产品的研发周期，充分挖掘设计裕量，提高了策略优化生成效率，提高产品的安全性。
2、本发明非能动余热排出系统的优化策略生成方法、装置及介质，通过规划科学合理的设计流程，借助高效的计算性能和先进的优化算法，实现了算力和算法两个层面的并行嵌套，极大提高了效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明非能动余热排出系统的优化策略生成方法的流程图。
图2为本发明多目标非支配遗传算法流程图。
图3为本发明优化流程数据传递逻辑流程图。
图4为本发明目标函数对应的优化方案示意图。
图5为本发明非能动余热排出系统位差示意图。
图6为本发明非能动余热排出系统的优化策略生成装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图5所示，本发明非能动余热排出系统的优化策略生成方法，如图1所示，该方法包括：
针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；所述基准事故清单包括全厂断电事故、主蒸汽管道破裂事故和中小破口失水事故等；
根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；
根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；
对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案。
本发明实施时，以压水堆核电厂的核动力装置为例，其非能动余热排出系统应对的基准事故为全厂断电事故，即含可靠电丧失的全厂断电事故。
本实施例中，所述全厂断电事故的限制性工况包括：①堆芯临界热流密度比DNBR不超过相应限值，②反应堆冷却剂系统压力不超过相应限值，③主蒸汽系统压力不超过相应限值。
本实施例中，所述的根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型，具体包括：
根据所述全厂断电事故的限制性工况，确定策略优化目标；所述策略优化目标是使事故过程中反应堆一回路系统排放量最小(安全性)和使非能动余热排出系统体积最小(经济性)的反应堆系统分析程序；
基于所述策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围，作为设计空间；所述影响因素为影响非能动余热排出系统功率和体积的参数，所述影响因素包括换热器传热管根数、换热器传热管平均长度、换热器传热管竖直段长度、换热器传热管水平段长度、换热器布置高度、补水箱内径和补水箱高度；
基于所述策略优化目标，确定非能动余热排出系统的约束条件，作为所述策略优化目标的约束条件。其中，约束条件即为全厂断电(含可靠电丧失)事故的限制性工况。
根据以上得到的自动优化策略模型的数据传递逻辑，如图3所示。
本实施例中，所述对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合，具体为：采用多目标非支配遗传算法，通过反应堆系统分析程序计算全厂断电(含可靠电丧失)事故工况下的结果，从而搜索所述设计空间内非能动余热排出系统的优化策略方案集合；如图2所示。
所述搜索过程包括以下子步骤：
步骤1，在所述设计空间内随机生成初代父代种群Pt，种群规模为N；
步骤2，基于父代种群利用交叉、变异等遗传算子产生一个子代种群Qt，并将这两个种群合并为一个新种群Rt；
步骤3，调用反应堆系统分析程序计算种群Rt内个体目标函数值及相关约束参数值，进而评价个体适应性；
步骤4，按个体适应性大小由高到低依次将Rt内个体选入新种群Pt+1中，直至Pt+1规模为N；
步骤5，判断是否满足迭代终止条件：若满足，则Pt+1即为优化方案集合；若不满足，则重复步骤2至步骤5。
具体地，反应堆系统分析程序为RELAP5/MOD3，是一种基于两流体、六方程水力学和一维热传导及点堆动力学模型的反应堆系统一维瞬态特性分析程序。该程序可用来模拟压水堆系统的各种事故工况瞬态特性。
具体地，所述策略优化目标的目标函数对应的优化方案如图4所示。
本实施例中，根据所述优化策略方案集合，为了尽可能提高非能动余热排出系统的安全性，结合制造的工艺和可维修性，从所述优化策略方案集合中选择一个最优策略方案。本实施例中最优策略方案选择如下表1中所示的方案，且对应的系统布置位差如图5所示。
表1优化设计方案参数
参数 单位 数值
传热管平均长度 m 3.6
传热管水平段长度 m 0.65
传热管竖直段长度 m 2.3
传热面积(一次侧) 2 32.06
传热面积(二次侧) 2 38.78
补水箱高度 m 4.3
补水箱内径 m 0.15
工作原理是：基于现有的非能动余热排出系统的优化策略往往依靠人为经验进行反复的“系统策略设计-安全分析-分析校正”线性迭代工作，并不能充分挖掘非能动余热排出系统的设计裕量，造成策略生成效率低等问题。本发明考虑到随着计算机技术的进步和优化理论的发展，最优化理论被广泛应用于各个领域；本发明依靠计算机高效的计算性能，最优设计化方法能够自动、并行地搜索设计空间，提升产品性能，缩短研发周期。
本发明非能动余热排出系统的优化策略生成方法，适应于压水堆核电厂；本发明充分挖掘非能动余热排出系统的设计裕量，针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；针对非能动余热排出系统的策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围和非能动余热排出系统的约束条件；采用多目标非支配遗传算法，通过反应堆系统分析程序计算全厂断电(含可靠电丧失)事故工况下的结果，从而搜索设计空间内非能动余热排出系统的优化策略方案集合；结合工程师的偏好信息和实际施工条件，从所述化策略方案集合的多个Pareto最优解中，选择一个作为最终的非能动余热排出系统的最优策略方案。
本发明采用先进的智能优化算法对非能动余热排出系统进行自动优化设计，以缩短产品的研发周期，充分挖掘设计裕量，有效降低了优化过程中对工程师设计经验的依赖程度，能够在较短时间内得到最佳的策略优化生成方案，提高了策略优化生成效率，实现了非能动余热排出系统的多目标优化设计。
实施例2
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例又提供了非能动余热排出系统的优化策略生成装置，该装置支持实施例1所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法；该装置包括：
基准事故清单单元，用于针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；
限制性工况单元，用于根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；
建立策略优化单元，用于根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；
优化策略方案集合生成单元，用于对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
最优策略选择单元，用于根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案。
本实施例中，当所述基准事故清单为全厂断电事故，所述全厂断电事故为含可靠电丧失的全厂断电事故；
所述全厂断电事故的限制性工况包括：堆芯临界热流密度比DNBR不超过相应限值，反应堆冷却剂系统压力不超过相应限值和主蒸汽系统压力不超过相应限值；
所述建立策略优化单元的执行过程为：
根据所述全厂断电事故的限制性工况，确定策略优化目标；所述策略优化目标是使事故过程中反应堆一回路系统排放量最小(安全性)和使非能动余热排出系统体积最小(经济性)的反应堆系统分析程序；
基于所述策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围，作为设计空间；所述影响因素为影响非能动余热排出系统功率和体积的参数，所述影响因素包括换热器传热管根数、换热器传热管平均长度、换热器传热管竖直段长度、换热器传热管水平段长度、换热器布置高度、补水箱内径和补水箱高度；
基于所述策略优化目标，确定非能动余热排出系统的约束条件，作为所述策略优化目标的约束条件。
其中，各个单元的执行过程按照实施例1所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。
同时，本发明又提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法。
同时，本发明又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.非能动余热排出系统的优化策略生成方法，其特征在于，该方法包括：
针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；
根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；
根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；
对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案；
所述基准事故清单包括全厂断电事故、主蒸汽管道破裂事故和中小破口失水事故；
其中，所述全厂断电事故为含可靠电丧失的全厂断电事故；
所述全厂断电事故的限制性工况包括：堆芯临界热流密度比DNBR不超过相应限值，反应堆冷却剂系统压力不超过相应限值和主蒸汽系统压力不超过相应限值；
所述的根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型，具体包括：
根据所述全厂断电事故的限制性工况，确定策略优化目标；所述策略优化目标是使事故过程中反应堆一回路系统排放量最小和使非能动余热排出系统体积最小的反应堆系统分析程序；
基于所述策略优化目标，确定所述策略优化目标的影响因素及各影响因素的取值范围，作为设计空间；所述影响因素为影响非能动余热排出系统功率和体积的参数，所述影响因素包括换热器传热管根数、换热器传热管平均长度、换热器传热管竖直段长度、换热器传热管水平段长度、换热器布置高度、补水箱内径和补水箱高度；
基于所述策略优化目标，确定非能动余热排出系统的约束条件，作为所述策略优化目标的约束条件；
所述对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合，具体为：采用多目标非支配遗传算法，通过反应堆系统分析程序计算全厂断电事故工况下的结果，从而搜索所述设计空间内非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
搜索过程包括以下子步骤：
步骤1，在所述设计空间内随机生成初代父代种群Pt，种群规模为N；
步骤2，基于父代种群利用交叉、变异等遗传算子产生一个子代种群Qt，并将这两个种群合并为一个新种群Rt；
步骤3，调用反应堆系统分析程序计算种群Rt内个体目标函数值及相关约束参数值，进而评价个体适应性；
步骤4，按个体适应性大小由高到低依次将Rt内个体选入新种群Pt+1中，直至Pt+1规模为N；
步骤5，判断是否满足迭代终止条件：若满足，则Pt+1即为优化方案集合；若不满足，则重复步骤2至步骤5。
2.根据权利要求1所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法，其特征在于，根据所述优化策略方案集合，结合制造的工艺和可维修性，从所述优化策略方案集合中选择一个最优策略方案。
3.非能动余热排出系统的优化策略生成装置，其特征在于，该装置支持如权利要求1至2中任一所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法；该装置包括：
基准事故清单单元，用于针对压水堆核电厂，形成非能动余热排出系统的基准事故清单；
限制性工况单元，用于根据所述基准事故清单中不同事故类型，明确不同事故的排热措施应能达到的目标效果；并基于所述目标效果确定影响非能动余热排出系统优化的限制性工况；
建立策略优化单元，用于根据所述限制性工况，建立非能动余热排出系统的自动优化策略模型；
优化策略方案集合生成单元，用于对所述非能动余热排出系统的自动优化策略模型进行求解，生成非能动余热排出系统的优化策略方案集合；
最优策略选择单元，用于根据所述优化策略方案集合，得到最优策略方案。
4.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2任一项所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法。
5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述的非能动余热排出系统的优化策略生成方法。
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