CN116384028A - 一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电仿真技术领域，具体涉及一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法。包括如下步骤：获取用户需求，根据所述用户需求启动自动验证；依据用户需求调用预设稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值和对应的机组历史数据，并对指定重要参数进行机组历史数据与模型参数实时数值数据进行对比验证；判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况。其有益效果在于：基于此方法的初始化模块可以将运行的仿真模型在较短时间内自动达到指定某个时刻的电厂实际稳态运行数据状态，使数字孪生系统具有与核反应堆系统指定时刻状态相同的能力。
Description
技术领域
本发明涉及核电仿真技术领域，具体涉及一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法。
背景技术
目前核反应堆运行领域，机组运行主要依靠主控室操纵员等运行人员的技术能力，异常问题处理常常需要依靠个人经验决策，因此核电站出现的运行事件多与人因事件相关。另一方面，随着机组长期运行，会出现大量的机组运行方案改进和技术改造需求，但核电厂运行方案和技术改造方案的研究和验证还缺乏技术手段，目前主要依靠单一的软件计算和单个设备的鉴定试验，或者依靠专家评审的方式来进行技术决策。因此需要研究数字孪生技术，通过在线智能检测、诊断和分析技术，开发智能化运行支持工具解决运行领域面临的问题。
实现核反应堆系统运行数字孪生，必须使数字孪生系统具有与核反应堆系统指定时刻状态相同的能力，但是由于核反应堆系统是一个复杂的系统，如何从其海量运行数据中获取关键且足够的数据，并作用于仿真模型，使仿真模型能够自动初始化至与核反应堆系统相同的状态是其中一个难点。因此，通常通过设计一种初始化方法，其可根据核电站某时刻的实际运行数据，达成和电厂运行数据一致的稳态仿真模型。同时，稳态仿真模型构建后，还需要要充分开展验证与确认工作，如从稳态各个功率台阶，启停堆过程，事故过程等多方面对模型进行对比验证。实现反应堆实际运行数据验证，评估稳态仿真模型运行的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，以用于根据核电站某时刻的实际运行数据，建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型，同时实现稳态仿真模型在各类工况下是否符合实际运行情况的自动验证，以证明并评估模型模拟核动力厂在假定的瞬态和事故期间行为的适宜性。
本发明的技术方案如下：一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，包括如下步骤：
S1获取用户需求，根据所述用户需求启动自动验证，其中所述用户需求包括稳定运行工况验证与瞬态事故工况验证，所述稳定运行工况验证用于稳定运行工况下指定时间指定分系统模型的验证，所述瞬态事故工况验证用于事故工况下指定时间指定分系统模型的验证；
S2依据用户需求调用预设稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值和对应的机组历史数据，并对指定重要参数进行机组历史数据与模型参数实时数值数据进行对比验证，通过初步统计学分析，判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况，其中稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值经由预设的初始化模块获取，所述初始化模块用于根据核电站某时刻的实际运行数据建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型，所述机组历史数据经由实际机组获取；
S3根据所述模型参数实时数值、所述机组历史数据以及所述步骤S2的计算结果进行深度统计学分析，以进一步判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况。
所述步骤S2中，所述初步统计学分析包括获取所述重要参数的误差对比数值，并依据所述误差对比数值初步分析判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况，若所述误差对比数值超过预设误差范围，则判断所述分系统指定模型运行异常，若所述误差对比数值在预设误差范围内，则判断所述指定分系统模型运行正常。
所述步骤S3中，所述深度统计学分析包括单个参数统计学分析和多个参数统计学分析；
所述单个参数统计学分析用于对单个参数的机组历史数据和模型参数实时数值分别进行统计学计算，并进行数据对比，趋势对比，绘制误差曲线，误差棒绘图，所述统计学计算为平均值、方差、斜度、置信范围区间中一种或多种的组合；
所述多个参数统计学分析用于获取重要参数随敏感影响参数的影响曲线，展示变化趋势，其中所述敏感影响参数为影响所述重要参数变化的参数。
所述步骤S2中，所述根据核电站某时刻的实际运行数据建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型包括：
S21数据处理：对所述机组的实际运行数据进行处理以获取跟踪点数据，并建立所述跟踪点数据和热工软件计算数据的之间的机组数据映射；
S22匹配计算，依据所述机组数据映射获取复位IC，以所述IC复位所述数字孪生系统，确定各分系统模型的模型边界参数条件后进行系统解耦，并以约定好所述边界参数条件自行开始计算和参数校正，迭代计算直到完成初始化计算。
所述步骤S21数据处理包括如下步骤：
S211数据治理，对所述实际运行数据分别进行去除奇异值、数据补全、数据平滑处理、数据特征提取中一种或多种的组合；
S212数据协调，依据质量守恒、能量守恒、动量守恒、物性符合原则对经过数据治理后的所述实际运行数据进行修正。
所述步骤S211中，使用拉伊达准则进行去除奇异值，
和/或，所述步骤S211中，所述数据补全包括：若判断实际运行数据某一时间段内数据为空，则在外部数据库中向前追溯，直到追溯到有数据的时刻，并根据追溯到的最后一个时刻的数据进行补全，
和/或，所述步骤S211中，数据平滑处理包括：对所述实际运行数据进行直接收缩叠放比较，同时加权平滑计算，以平滑和均衡实际运行数据。
所述步骤S212中，数据协调包括如下步骤：
S2121根据系统主要的约束条件分别对各类测量参数进行冗余度分析,对系统进行测量冗余性分析，确定出能够实施数据协调的系统或对应的测量回路；其中若系统或对应的测量回路具有冗余度，则判断可进行是数据协调；
S2122对判断可进行数据协调的系统或测量回路依据质量守恒、能量守恒、物性符合原则分别进行参数修正。
所述步骤S22中，所述匹配计算包括如下步骤：
S221创建仿真模型初态，用于确定所述数字孪生系统初步运行条件并依据所述初步运行条件填充初态的各仿真系统模型；
S222分系统稳态计算，用于启动已经填充初态的各仿真系统模型，并各自执行计算；
S223联调稳态计算，用于对分调稳态计算的结果进行IC存储后作为状态记录点，然后进行各分系统仿真模型逐步耦合，并将耦合后的系统和跟踪数据点进行对比，确认当前模型是否符合技术要求，如满足技术要求，则认为当前模型对跟踪数据是有效的，判断跟踪完成；如不满足要求则回退到状态记录中对应的状态保存点进行重新确认。
所述S221创建仿真模型初态包括如下步骤：
S2211获取复位IC并从预存的IC数据中选取与跟踪点数据的参数近似性最一致的IC作为复位IC，并以所述复位IC复位所述数字孪生系统；
S2212边界参数整定，对复位后所述数字孪生系统，依据跟踪点数据和系统间的连接关系调整数字孪生系统中各模型的边界参数以确定各模型的边界参数条件；
S2213解耦模型，将调整好的数字孪生模型系统分解为各自独立的计算进程。
所述步骤S2211包括：
S22111预存足够的全范围模型IC；
S22112获取并分析当前复位数据的核功率参数；
S22113以所述核功率参数为基准从所述模型IC中寻找最为接近的已保存状态。
S222分系统稳态计算包括如下步骤：
S2221分系统运行确认，用于判断所有仿真系统模型参数初态拟合是否完全；
S2222参数跟踪校正，用于校正各仿真系统的非关键参数及关键参数。
所述步骤S2221中，分系统运行确认；
S22221判断模型初态是否完整，检测所有仿真模型非零值是否有值，若有值则与预设的合理区间进行比较，判断对应模型的非零值是否处于合理区间范围，若处于合理区间范围内，则转入步骤S22222，如不处于合理区间范围内，则对外提醒；
S22222模型解耦确认，用于确认所有仿真模型是否处于解耦状态，如未完全解耦或解耦失败，将弹出信息提示并报错误；
S22223模型运行启动及状态监控，当判断模型解耦完成后则启动仿真模型运行，并在运行过程中监测模型的运行状态，确保模型运行处于正常范围内，未发生异常偏离，如产生模型异常将冻结异常的仿真模型并弹出信息提示确认。
所述步骤S231联调稳态计算包括如下步骤：
S2311状态记录，用于对分调稳态计算的结果进行IC存储，记录当前的分调状态，并根据系统运行状态判断是否需要回退到分调阶段，当判断合耦合过程出现异常或参数确认过程不通过时，回退到本过程记录的状态点，并由本确认是否要进一步回退至分调阶段；
S2312分系统耦合，用于将各分系统仿真模型逐步耦合，包括逐一打开各分系统仿真模型间的接口标识，使接口程序进入在线交互状态；
S2313稳态跟踪参数确认，获取对运行完成各模型主要参数，并和跟踪数据点进行对比，确认当前模型是否符合技术要求，如满足技术要求，则认为当前模型对跟踪数据是有效的，判断跟踪完成；如不满足要求则回退到状态记录中对应的状态保存点进行重新确认。
本发明的有益效果在于：基于此方法的初始化模块可以将运行的仿真模型在较短时间内自动达到指定某个时刻的电厂实际稳态运行数据状态，使数字孪生系统具有与核反应堆系统指定时刻状态相同的能力。同时还对用户需求，初始化模块生产的仿真模型进行自动进行对比验证和评估分析，自动验证，以证明并评估模型模拟核动力厂在假定的瞬态和事故期间行为的适宜性。
附图说明
图1为自动验证方法工作流程图；
图2为初始化模块生成仿真模型的工作流程示意图；
图3为跟踪点的概要流程；
图4为初态分析流程；
图5为IC检索逻辑过程；
图6为分系统稳态计算流程；
图7为分系统运行流程；
图8为联调稳态计算过程；
图9为在线实时对比验证。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，包括
S1获取用户需求，根据所述用户需求启动自动验证，其中所述用户需求包括稳定运行工况验证与瞬态事故工况验证，所述稳定运行工况验证用于稳定运行工况下指定时间指定分系统模型的验证，所述瞬态事故工况验证用于事故工况下指定时间指定分系统模型的验证；
S2依据用户需求调用预设稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值和对应的机组历史数据，并对指定重要参数进行机组历史数据与模型参数实时数值数据进行对比验证，通过初步统计学分析，判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况，其中稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值经由预设的初始化模块获取，所述初始化模块用于根据核电站某时刻的实际运行数据建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型，所述机组历史数据经由实际机组获取；
S3根据所述模型参数实时数值、所述机组历史数据以及所述步骤S2的计算结果进行深度统计学分析，以进一步判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况。
本发明的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，用于验证初始化模块所获取的稳态仿真模型在各类工况下是否符合实际运行情况的进行自动验证。
其中，作为一优选方案，如图2所示，本实施例中，步骤S2中所述初始化模块即根据核电站某时刻的实际运行数据建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型包括如下步骤：
S21数据处理：对所述机组的实际运行数据进行处理以获取跟踪点数据，并建立所述跟踪点数据和热工软件计算数据的之间的机组数据映射；
S22匹配计算，依据所述机组数据映射获取复位IC，以所述IC复位所述数字孪生系统，确定各分系统模型的模型边界参数条件后进行系统解耦，并以约定好所述边界参数条件自行开始计算和参数校正，迭代计算直到完成初始化计算；
电厂稳态运行过程中由于多种复合因素扰动，导致实测稳态数据存在小幅震动；而在数字孪生系统中，由于仿真模型简化了扰动因素，实际仿真模型稳态无法通过理论模型计算得到和电厂一致呈波动状态的数据。而仿真模型也无法依据波动的数据源识别稳态信息。因此跟踪点计算所需的连续电厂数据段，数据值应是经过降噪处理且自洽的。
步骤S21中，作为一优选方案，对实际运行数据分别进行数据治理和数据协调以获取可用的跟踪点数据，其中数据治理用于管理实际运行数据的质量；数据协调过程主要聚焦于检测传感器的测量误差可能引入的参数不匹配，并对参数进行核算校验，具体包括如下步骤：
S211数据治理，对所述实际运行数据分别进行去除奇异值、数据补全、数据平滑处理、数据特征提取中一种或多种的组合；
S212数据协调，依据质量守恒、能量守恒、动量守恒、物性符合原则对经过数据治理后的所述实际运行数据进行修正；
更进一步的，步骤S211中，使用拉伊达准则进行去除奇异值，去除实际运行数据的奇异值，即对于偏差大于3σ的值将作为奇异值剔除。
和/或，步骤S211中，数据补全包括：若判断实际运行数据某一时间段内数据为空，则在外部数据库中向前追溯，直到追溯到有数据的时刻，并根据追溯到的最后一个时刻的数据进行补全，以对实际运行数据的缺失的值进行填充。
和/或，步骤S211中，数据平滑处理包括：对所述实际运行数据进行直接收缩叠放比较，同时加权平滑计算，以平滑和均衡实际运行数据(尤其的传感器数据)，以减小偶然数据突变的影响。对于获取的实际运行数据，由于采样样本大大，多于数据协调所需要的数量，并在一段时间内数据是受到各种干扰。为了浓缩数据信息本身的量，又要不忽略原始测点采样能带来的有用信息，故需要在数据协调计算前，先进行各种平滑处理。
步骤S212中，数据协调主要是为了解决核电厂运行过程中产生的不符合质量守恒、能量守恒等物理机理的数据的修正问题，使得修正后的参数能够符合物理机理方程。本实施例中，数据协调包括如下步骤：
S2121根据系统主要的约束条件分别对各类测量参数进行冗余度分析,对系统进行测量冗余性分析，确定出能够实施数据协调的系统或对应的测量回路；其中若系统或对应的测量回路具有冗余度，则判断可进行是数据协调，冗余度越高，协调计算的精度越高。热力系统数据协调问题中的约束条件主要包括：质量平衡条件、能量平衡条件、动量平衡条件、物性方程等。
S2122对判断可进行数据协调的系统或测量回路依据质量守恒、能量守恒、物性符合原则分别进行参数修正。
本实施例中对于二回路热力参数，可依据热力系统传感器的可靠性和二回路其他测量参数开展参数修正，通常以可靠性最高的测量参数为基础校核可靠性不高的测量参数。包括基本校核和热平衡校核两部分，其中基本校核完成压力校核，温度校核，液位校核和流量校核，热平衡校核完成发器二次侧能量平衡校核，汽轮机级组效率校核和凝汽器热平衡校核。
初始化步骤中，机组数据映射完成后，则转入步骤S22，将机组有效数据赋值给对应的模型参数，在平台初始IC(initial condition)基础上存储新的初始条件状态。导入模型计算后进行偏差判断，对偏差较大的参数进行自动调参，迭代计算直到完成初始化计算。
本实施例中，作为一优选方案，步骤S22匹配计算包括如下步骤：
S221创建仿真模型初态，以确定所述数字孪生系统初始运行条件，更进一步的，如图3所示，步骤S221创建仿真模型初态包括：
S2211获取复位IC并从预存的IC数据中选取与跟踪点数据的参数近似性最一致的IC作为复位IC，并以所述复位IC复位所述数字孪生系统；
S2212边界参数整定，对复位后所述数字孪生系统，依据跟踪点数据和系统间的连接关系调整数字孪生系统中各模型的边界参数以确定各模型的边界参数条件。
S2213解耦模型，将调整好的数字孪生模型系统分解为各自独立的计算进程。
本实施例中，作为一优选方案，如图4所示，步骤S2211中，获取复位IC包括如下步骤：
S22111预存足够的全范围模型IC。因本项目考虑的在线初始化功能仅包含功率运行时的在线初始化，预存储IC按2％功率间隔从满功率到零功率降低过程保存51个IC状态和零功率到40％全功率20个IC状态，共71个预存IC状态点。按电功率Pe、一回路平均温度Tavg对应IC号N关系建立检索函数关系式：
S22112获取并分析当前复位数据的核功率参数。本实施例中，可从共享内存中获取当前核功率数据。
S22113以所述核功率参数为基准从所述模型IC中寻找最为接近的已保存状态；
更进一步的，本实施例中，如图5所示，寻找最为接近的已保存状态包括如下步骤：将核功率和额定功率进行比较计算得到归一化功率。如归一化功率大于40％，则从满功率向下寻找最接近该功率的IC进行复位；如归一化功率小于40％，则先依据功率和温度判断该过程是升功率或降功率，确定过程后再依据功率检索最接近IC。
步骤S2212中，各仿真系统的边界参数整定依据跟踪点数据和系统间的连接关系共同决定，各边界参数应有各自的整定方法，对于各仿真系统，仅需设计自己的输出边界参数。以下列举步骤系统的边界整体参数，各系统的分别对如下参数执行边界参数整定：1)主冷却剂系统的边界参数整定主要包括与堆芯系统、化容系统、余排系统、安注系统、安全壳系统、主给水系统、辅助给水系统、蒸发器排污系统、主蒸汽系统等系统的接口边界的整定；2)堆芯系统主要包含与主冷却剂系统边界的参数整定；3)流网系统包含单相流网仿真模型、两相流网仿真模型以及设备模型。按照输出接口参数的差异，流网系统的边界分为压力流量边界和热边界，对应的包括压力流量边界输出参数整定和热边界输出参数整定。4)发电系统的主要边界包括：汽轮机通过大轴传递到发电机侧的机械功率(汽轮机控制调节系统)、汽机润滑顶轴和盘车系统；外电网等效发电机(平衡节点类型)的初始电压、频率及相角；外电网等效负荷初始有功功率及无功功率。
其中，对于二回路主汽水系统，主要包括蒸汽系统、凝汽器、凝结水系统、除氧器以及给水系统的边界整定：a)蒸汽系统边界：蒸汽系统的初始化将以蒸汽发生器出口至低压缸末级叶片出口的管网系统为整体进行初始化，因此蒸汽系统边界参数整定主要是确定与蒸汽发生器的边界以及与凝汽器的边界。b)凝汽器是连接两相流网和单相流网系统的设备，凝汽器的边界参数整定主要是确定凝汽器与蒸汽系统的边界以及与凝结水系统的边界；c)凝结水系统是从凝汽器的凝结水出口到除氧器入口的管网系统，因此凝结水系统边界参数整定主要是确定与除氧器的边界以及与凝汽器的边界；d)除氧器是连接凝结水系统和给水系统的设备，除氧器的边界参数整定主要是确定除氧器与凝结水系统的边界以及与给水系统的边界。e)给水系统是从除氧器出口至蒸汽发生器给水入口的管网系统，因此给水系统边界参数整定主要是确定与除氧器的边界以及与蒸汽发生器的边界。
在数字孪生模型系统的，系统间的连接标识由一系列逻辑变量组成。连接标识以系统名_系统名格式命名，其中前面系统名为本仿真系统，后面系统名为相连的仿真系统。如在主冷却剂系统中，与堆芯系统的连接标识命名为RCP_CRS。连接标识为false状态时，表示各仿真系统间参数不互相传递，其接口参数值为整定的边界值。连接标识为true状态时，各仿真系统间的边界参数开始互相传递，故步骤S2213中，当判断连接标识为false状态时，各仿真系统间的边界参数交互代码会被跳过，参数不传递。
如图6所示，步骤S222分系统稳态计算用于启动已经填充初态的各仿真系统模型，并各自执行计算，包括：
S2221分系统运行确认，用于判断所有仿真系统模型参数初态拟合是否完全；
S2222非重点参数跟踪校正，将实际电厂运行数据直接映射到非重点参数的模型数据中，校正各仿真系统的非重点参数实时计算结果；
S2223模型运行启动及状态监控，当判断模型解耦完成后则启动仿真模型运行。并在运行过程中监测模型的运行状态，确保模型运行处于正常范围内，未发生异常偏离。如产生模型异常将冻结异常的仿真模型并弹出信息提示确认，分系统稳态计算过程中，系统统将执行分系统运行、参数跟踪校正(粗调)、重点参数跟踪校正(精调)三个过程，其中粗调和精调过程涉及联调阶段的回代过程。该阶段的每一过程必须等待所有的仿真模型系统完成后才能进入下一过程。
步骤S2221中，若各模型符合启动条件后，将所有分系统仿真模型加载至模拟机平台并启动运行，本实施例中，进一步的，如图7所示，仿真系统模型参数初态拟合是否完全判断包括如下步骤：
S22211判断模型初态是否完整，检测所有仿真模型非零值是否有值，若有值则与预设的合理区间进行比较，判断对应模型的非零值是否处于合理区间范围，若处于合理区间范围内，则转入步骤S2212，如不处于合理区间范围内，则需提示用户分析该仿真数据在协调和扩展过程中是否发生异常。
S22212模型解耦确认，用于确认所有仿真模型是否处于解耦状态，如未完全解耦或解耦失败，将弹出信息提示并报错误；
本实施例中，步骤S22211对于节点类，进行气相温度，液相温度，压力，空泡份额的检测，对于接管类，则进行液相流量，气相流量的检测，当各系统各位置处的对应模型的非零值均符合要求，则判断各型初态均完整。
以下以温度检测为例对模型初态完整进行说明。首先，根据运行过程中系统中各组件的温度与负荷的曲线，预估出各位置处的温度取值范围以作为对应的合理区间(如下表1所示)；然后获取仿真模型初态运行条件中对应位置的的温度值，并与合理区间进行比较，若该温度值处于合理区间范围内，则判断该模型初态完整。
表1温度与负荷曲线
| 位置 | 单位 | 温度下限 | 温度上限 |
| 堆芯出口 | ℃ | 291.4 | 329.8 |
| 平均温度 | ℃ | 291.4 | 310.0 |
| 堆芯入口 | ℃ | 291.4 | 292.4 |
| 蒸汽发生器蒸汽温度 | ℃ | 283.6 | 291.4 |
步骤S2222中，对于主冷却剂系统模型中，各设备参数的调节顺序依次为：为压力容器→热管段→稳压器→卸压箱→蒸发器→过渡段泵及冷管段；堆芯系统模型中，分别对轴线功率分布，控制棒价值以及临界硼浓度的参数进行校正；流网系统模型中：流网模型校正的过程中按照如下顺序进行：(1)设备状态；(2)主工艺参数误差计算及校正，包括：a)管道流导；b)汽轮机级组效率曲线；c)调阀特性曲线及所在管线流导；d)换热器换热系数；e)泵特性曲线；发电系统模型中，对于主发电机仿真模型，包括空载曲线特性分布以及发电机附加损耗校正；对于外电网负荷模型，包括外电网负荷有功初值和外电网负荷无功初值的校正，对于励磁系统模型，包括励磁机励磁电阻的校正。汽轮机控制系统模型校正包括三类控制算法的参数校正：1、RS触发器当时输出值，影响各个阀门、开关命令的状态以及自动控制的步数；2.计数器输出值，影响时间以及逻辑的准确性；3.PID控制器输出值，影响阀门以及控制器的开度状态。
S2223重点参数跟踪校正，用于校正各仿真系统的重点参数，以避免所述重点参数计算过程中长时间偏离预期目标值。
本实施例中，重点参数包括但不下限于：一回路平均温度、稳压器水位、一回路流量等反应堆一回路重点参数，以及主蒸汽流量、蒸发器水位、主给水流量等二回路重点参数，需要实时监测各重点参数的计算值，防止其计算过程中长时间偏离预期目标值。当重点参数偏离预期目标值超过10秒时，需自动介入并加载调整模块修正重点参数，作为一优选方案，修正方法可为将包括利用能量损失系数、流导等参数调整流量，利用温度、内能或焓值初始化调整温度，利用压力、温度或内能初始化调整压力分布，利用空泡份额、液位初始化调整液位等。
如图8所示，步骤S223联调稳态计算用于将分调达成的稳态模型进行分步耦合确认，直至所有仿真模型系统全部完成联合并达成联调稳态，其中，若判断接口不匹配或耦合后失稳则会将失稳系统解耦并回退至分系统稳态重新修正，直至系统完成联调稳态，则判断模型初始化过程完成，跟踪过程结束。
作为一优选方案，本实施例中，联调稳态计算包括如下步骤：
S2231状态记录，用于对分调稳态计算的结果进行IC存储，记录当前的分调状态，并根据系统运行状态判断是否需要回退到分调阶段，耦合后，联调计算式出现多目标耦合调整优化中部分系统计算偏离过大或计算失败时，则回退到本过程记录的状态点，并将当前优化参数值设为禁用值或当前优化方向为错误方向，如耦合后发生瞬发震荡或瞬发计算失败则需要进一步回退至分调阶段重新定义分系统间的边界参数并调节分系统内的参数分布。
S2233稳态跟踪参数确认，获取对运行完成各模型主要参数，并和跟踪数据点进行对比，确认当前模型是否符合技术要求，如满足技术要求，则认为当前模型对跟踪数据是有效的，判断跟踪完成；如不满足要求则回退到状态记录中对应的状态保存点进行重新确认。
步骤S2231中，状态记录过程在分调稳态计算阶段完成后，联调稳态计算开始过程前对分调稳态计算的结果进行IC存储，记录当前的分调状态，为后续的分系统仿真模型耦合备份启动前数据。本实施例中，该过程将沿用仿真平台的IC保存功能，并设置是否需要回退到分调阶段的逻辑。当后续的耦合过程出现异常或参数确认过程不通过时将回退到本过程记录的状态点，并由本阶段的逻辑确认是否要进一步回退至分调阶段。
步骤S2232中，分系统耦合即是在状态记录过程后将各分系统仿真模型逐步耦合的过程，本过程中将逐一打开各分系统仿真模型间的接口标识，使接口程序进入在线交互状态。进一步的，本实施例中，分系统模型耦合顺序依次为主冷却剂系统-堆芯物理系统-主蒸汽系统-凝结水系统-主给水系统-电气系统-控制系统。。各系统耦合连续运行时长需大于1分钟，且确保1分钟内边界参数及主要运行参数偏差不大于0.5％。
步骤S2232中，分系统仿真模型耦合完成后，即稳定运行一段时长后，将模型主要参数和跟踪数据点进行对比，确认当前模型是否符合技术要求。如满足技术要求，则认为当前模型对跟踪数据是有效的，即跟踪完成。如不满足要求则回退到状态保存点进行重新确认。
在匹配计算过后，需要从稳态各个功率台阶，启停堆过程，事故过程等多方面对匹配计算获取的模型进行对比验证，以判断匹配计算所获取的模型是否合理。
步骤S1中，用户需求包括：稳态运行和正常工况的对比分析(如100％FP稳态、75％FP稳态、50％FP稳态、反应堆启停)、瞬态事故工况的对比分析(如汽轮机停机、LOCA、SGTR、MSLB、SBO事故等事故规程和安全分析报告中的事故)。
步骤S2中，对比验证模块与实际机组的对比主要通过各个传感器的测量值与模型的计算值进行对比。主要为气液两相的参数，温度、压力、流量、流速、内能、空泡份额、焓值、干度等重要的流体力学和传热学参数。
优选的，如图9所示，所述初步统计学分析包括获取所述重要参数的误差对比数值，并依据所述误差对比数值初步分析判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况，若所述误差对比数值超过预设误差范围，则判断所述分系统指定模型运行异常，若所述误差对比数值在预设误差范围内，则判断所述指定分系统模型运行正常；
更进一步的，对比验证模块主要进行的操作包括：1)依据用户需求进行如下信息获取：a)选择对比工况；b)选择对应机组数据时间段或机组样本，获得每个工况的对比参照组；c)确定对比参数和参数波动范围；d)确定对比误差范围；2)然后进行工况的自动测试和在线调试对比，对重要参数进行机组历史数据与模型参数实时数值的可视化数据对比，超误差报警，绘制误差线；3)进行实时数据的误差分析，即对计算过程中获得的数据计算和曲线展示；4)数据存放在数据库中，可进行误差结果回溯。
优选的，所述步骤S3中，所述深度统计学分析包括单个参数统计学分析和多个参数统计学分析；所述单个参数统计学分析用于对单个参数的机组历史数据和模型参数实时数值分别进行统计学计算，并进行数据对比，趋势对比，绘制误差曲线，误差棒绘图，所述统计学计算为平均值、方差、斜度、置信范围区间中一种或多种的组合；
所述多个参数统计学分析用于获取重要参数随敏感影响参数的影响曲线，展示变化趋势，其中所述敏感影响参数为影响所述重要参数变化的参数；
对于单个参数，有两个数据来源，一是机组数据，二是实时计算数据。对于每个数据来源，都需要进行平均值、方差、斜度、置信范围区间等统计学计算。对于这两个数据来源，进行数据对比，趋势对比，计算误差曲线，误差棒绘图；
对于多个参数，一般来说是重要参数与敏感影响参数的关系。获得重要参数随输入参数的影响曲线，展示变化趋势。以输入参数为X轴，输出重要参数为Y轴，生成影响曲线。对于多个参数影响同一输出的情况，进行敏感性分析。
此外，还可根据结果分析的图标数据结论用于生成验证报告。通过选择输出参数和输出内容后，能够生成对多个输出参数的对比验证报告。
Claims (13)
1.一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1获取用户需求，根据所述用户需求启动自动验证，其中所述用户需求包括稳定运行工况验证与瞬态事故工况验证，所述稳定运行工况验证用于稳定运行工况下指定时间指定分系统模型的验证，所述瞬态事故工况验证用于事故工况下指定时间指定分系统模型的验证；
S2依据用户需求调用预设稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值和对应的机组历史数据，并对指定重要参数进行机组历史数据与模型参数实时数值数据进行对比验证，通过初步统计学分析，判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况，其中稳态仿真模型中各分系统模型参数实时数值经由预设的初始化模块获取，所述初始化模块用于根据核电站某时刻的实际运行数据建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型，所述机组历史数据经由实际机组获取；
S3根据所述模型参数实时数值、所述机组历史数据以及所述步骤S2的计算结果进行深度统计学分析，以进一步判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况。
2.如权利要求1所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述初步统计学分析包括获取所述重要参数的误差对比数值，并依据所述误差对比数值初步分析判断稳定运行工况或瞬态事故工况下指定分系统模型的运行情况，若所述误差对比数值超过预设误差范围，则判断所述分系统指定模型运行异常，若所述误差对比数值在预设误差范围内，则判断所述指定分系统模型运行正常。
3.如权利要求1所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述深度统计学分析包括单个参数统计学分析和多个参数统计学分析；
所述单个参数统计学分析用于对单个参数的机组历史数据和模型参数实时数值分别进行统计学计算，并进行数据对比，趋势对比，绘制误差曲线，误差棒绘图，所述统计学计算为平均值、方差、斜度、置信范围区间中一种或多种的组合；
所述多个参数统计学分析用于获取重要参数随敏感影响参数的影响曲线，展示变化趋势，其中所述敏感影响参数为影响所述重要参数变化的参数。
4.如权利要求1所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述根据核电站某时刻的实际运行数据建立和电厂运行数据一致的稳态仿真模型包括：
S21数据处理：对所述机组的实际运行数据进行处理以获取跟踪点数据，并建立所述跟踪点数据和热工软件计算数据的之间的机组数据映射；
S22匹配计算，依据所述机组数据映射获取复位IC，以所述IC复位所述数字孪生系统，确定各分系统模型的模型边界参数条件后进行系统解耦，并以约定好所述边界参数条件自行开始计算和参数校正，迭代计算直到完成初始化计算。
5.如权利要求4所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，所述步骤S21数据处理包括如下步骤：
S211数据治理，对所述实际运行数据分别进行去除奇异值、数据补全、数据平滑处理、数据特征提取中一种或多种的组合；
S212数据协调，依据质量守恒、能量守恒、动量守恒、物性符合原则对经过数据治理后的所述实际运行数据进行修正。
6.如权利要求5所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于：所述步骤S211中，使用拉伊达准则进行去除奇异值，
和/或，所述步骤S211中，所述数据补全包括：若判断实际运行数据某一时间段内数据为空，则在外部数据库中向前追溯，直到追溯到有数据的时刻，并根据追溯到的最后一个时刻的数据进行补全，
和/或，所述步骤S211中，数据平滑处理包括：对所述实际运行数据进行直接收缩叠放比较，同时加权平滑计算，以平滑和均衡实际运行数据。
7.如权利要求5所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，所述步骤S212中，数据协调包括如下步骤：
S2121根据系统主要的约束条件分别对各类测量参数进行冗余度分析,对系统进行测量冗余性分析，确定出能够实施数据协调的系统或对应的测量回路；其中若系统或对应的测量回路具有冗余度，则判断可进行是数据协调；
S2122对判断可进行数据协调的系统或测量回路依据质量守恒、能量守恒、物性符合原则分别进行参数修正。
8.如权利要求4所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，所述步骤S22中，所述匹配计算包括如下步骤：
S221创建仿真模型初态，用于确定所述数字孪生系统初步运行条件并依据所述初步运行条件填充初态的各仿真系统模型；
S222分系统稳态计算，用于启动已经填充初态的各仿真系统模型，并各自执行计算；
S223联调稳态计算，用于对分调稳态计算的结果进行IC存储后作为状态记录点，然后进行各分系统仿真模型逐步耦合，并将耦合后的系统和跟踪数据点进行对比，确认当前模型是否符合技术要求，如满足技术要求，则认为当前模型对跟踪数据是有效的，判断跟踪完成；如不满足要求则回退到状态记录中对应的状态保存点进行重新确认。
9.如权利要求8所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，所述S221创建仿真模型初态包括如下步骤：
S2211获取复位IC并从预存的IC数据中选取与跟踪点数据的参数近似性最一致的IC作为复位IC，并以所述复位IC复位所述数字孪生系统；
S2212边界参数整定，对复位后所述数字孪生系统，依据跟踪点数据和系统间的连接关系调整数字孪生系统中各模型的边界参数以确定各模型的边界参数条件；
S2213解耦模型，将调整好的数字孪生模型系统分解为各自独立的计算进程。
10.如权利要求1所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，所述步骤S2211包括：
S22111预存足够的全范围模型IC；
S22112获取并分析当前复位数据的核功率参数；
S22113以所述核功率参数为基准从所述模型IC中寻找最为接近的已保存状态。
11.如权利要求8所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于，S222分系统稳态计算包括如下步骤：
S2221分系统运行确认，用于判断所有仿真系统模型参数初态拟合是否完全；
S2222参数跟踪校正，用于校正各仿真系统的非关键参数及关键参数。
12.如权利要求11所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于：所述步骤S2221中，分系统运行确认；
S22221判断模型初态是否完整，检测所有仿真模型非零值是否有值，若有值则与预设的合理区间进行比较，判断对应模型的非零值是否处于合理区间范围，若处于合理区间范围内，则转入步骤S22222，如不处于合理区间范围内，则对外提醒；
S22222模型解耦确认，用于确认所有仿真模型是否处于解耦状态，如未完全解耦或解耦失败，将弹出信息提示并报错误；
S22223模型运行启动及状态监控，当判断模型解耦完成后则启动仿真模型运行，并在运行过程中监测模型的运行状态，确保模型运行处于正常范围内，未发生异常偏离，如产生模型异常将冻结异常的仿真模型并弹出信息提示确认。
13.如权利要求8所述的一种核电站数字孪生系统仿真模型初始状态自动验证方法，其特征在于：所述步骤S231联调稳态计算包括如下步骤：
S2311状态记录，用于对分调稳态计算的结果进行IC存储，记录当前的分调状态，并根据系统运行状态判断是否需要回退到分调阶段，当判断合耦合过程出现异常或参数确认过程不通过时，回退到本过程记录的状态点，并由本确认是否要进一步回退至分调阶段；
S2312分系统耦合，用于将各分系统仿真模型逐步耦合，包括逐一打开各分系统仿真模型间的接口标识，使接口程序进入在线交互状态；
S2313稳态跟踪参数确认，获取对运行完成各模型主要参数，并和跟踪数据点进行对比，确认当前模型是否符合技术要求，如满足技术要求，则认为当前模型对跟踪数据是有效的，判断跟踪完成；如不满足要求则回退到状态记录中对应的状态保存点进行重新确认。
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