JP2823731B2

JP2823731B2 - 応急操作決定システム

Info

Publication number: JP2823731B2
Application number: JP4050959A
Authority: JP
Inventors: 哲志三木
Original assignee: 動力炉・核燃料開発事業団
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH05249287A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラント運転を管理する
システムに係わり、特に原子炉プラント運転時に発生し
た異常事態に対応した応急操作を決定することができる
応急操作決定システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉プラントは、いわゆる巨大技術に
属するため、その開発及び実用化には極めて高度の技術
的信頼性が要求されるとともに、その運転管理において
も高度の安全性が要求される。

【０００３】このような原子炉プラントの運転において
何らかの異常が発生した場合には、まずその原因を同定
し、それを取り除くような操作を行う必要がある。しか
しながら、その第一原因を同定する以前にプラントが緊
急状態に陥り、原因を同定する時間的余裕のない場合に
は、とりあえず観測された事象を緩和するための操作
（以下応急操作と呼ぶ）を行う必要がある。そのために
は、プラント運転をトリップ（停止）させなければなら
ないか、あるいはトリップさせずに安全性を確保するた
めの何らかの手段・操作が存在するかを迅速に判断して
処置する必要がある。

【０００４】従来、このような緊急時の判断は、運転員
が操作マニュアルを参照したり、あるいは運転支援のた
めのガイダンスシステムを利用し、最適と思われる操作
決定を行っていた。そのため、異常事態発生時に迅速か
つ的確に応急処置を行うことができるように、運転訓練
シミュレータを使用して、運転員の質の維持・向上が図
られている。

【０００５】一方、このような判断を人工知能を用いた
いわゆるエキスパートシステムにより行おうとする試み
もある。このシステムは、過去に発生した事象とそれに
対応した運転員の経験等を予め蓄積しておき、これを基
に新たに発生した事象に対応しようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異常の
内容には予め想定し得ない事象が存在することも事実で
あり、上記したマニュアルやガイダンスのみでは運転員
は緊急事態に迅速・的確に対応できない場合も多い。ま
た、エキスパートシステムにおいても、蓄積された事象
に対しては迅速・的確に対応できるが、事象の内容がわ
ずかでも異なる場合には対応できず、応用が効かない。
従って、このような場合には、運転員の知識・経験・思
考パターンを総動員して異常事態に対応せざるを得な
い。

【０００７】しかしながら、上記した運転員の訓練には
長期間を要するため、人的資源の確保と質の維持・向上
は容易ではなく、また、相当訓練された運転員であって
も、その思考パターンミス等により的確な操作決定をで
きない場合も存在するため、応急対策の万全を期すこと
が困難であった。

【０００８】従って、上記問題点を解決しなければなら
ないという課題がある。

【０００９】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、人的判断によらずにプラントの緊急事
態に自律的に対応しうる応急操作決定システムを得るこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る応急操作
決定システムは、プラントの運転目標をプラントの機能
・構造・運転マニュアル等に基づいて階層的に細分化す
るとともに相互にネットワーク化した知識ベースを設
け、プラント運転に際して周期的に得られる各種のプラ
ント計測データを基に、知識ベースの上位に位置する各
運転目標ごとに状態の正常性の度合いを示す達成度を求
め、この達成度の値が所定の範囲内にある場合は異常状
態にはあるものの応急操作が可能と判定して、達成度、
各周期ごとの達成度の変化を示す達成度変化率、最上位
の運転目標を達成するための重要度、及び外乱に対する
感度等をパラメータとしてファジィ推論により緊急度を
求め、この緊急度と他に異常の発生している運転目標に
ついての緊急度とを比較考量して、最優先的に異常抑制
を行うべき運転目標を決定し、知識ベースに基づき、当
該決定された運転目標の下位に属する運転目標について
の正常性チェックを順次行うことにより、より正常な状
態に移行させるために有効な異常状態抑制操作の対象と
なる機器を特定し、さらに、異常となっているすべての
プラント計測データの予測値と、抑制操作機器を単位量
だけ操作したときのプラント計測データの変化量の時間
経過を示す操作影響度関数とを用い、プラント計測デー
タの将来値が所定の制限範囲内に入るように、先に特定
された抑制操作対象機器の操作量を決定するようにした
ものである。

【００１１】

【作用】この発明に係る応急操作決定システムでは、プ
ラントが異常状態に陥った場合であっても、その異常の
程度が一定範囲内であれば緊急停止措置を採ることなく
異常状態を抑制して安全を確保するための異常状態抑制
操作を採るべきと判定され、そのための操作対象機器の
特定とその操作量の決定が行われる。

【００１２】

【実施例】以下実施例に基づき、本発明を詳細に説明す
る。

【００１３】図１は、本発明の一実施例における応急操
作決定システム及びその周辺部を表したものである。こ
の応急操作システム１０には、各種の演算及び判断等の
処理を行う中央処理装置１１が設けられ、外部記憶装置
１２及び主記憶装置１３に接続されると共に、プラント
データ入力インターフェース１４を介し各種プラントデ
ータを収集するプラントデータ収集システム１５へと接
続されている。更にこの中央処理装置１１は実際のプラ
ント運転管理を行うプラント運転システム１６に接続さ
れている。外部記憶装置１２内には、図２に示すような
運転目標機能階層化知識ベース（以下、知識ベースと呼
ぶ）１７が格納されている。

【００１４】この知識ベース１７は、プラントの状況を
把握するためにプラントの機能や構造に関するデータに
基づいて作成された知識ベースであり、図２に示すよう
に、運転目標レベル２１、プラントレベル２２、制御シ
ステムレベル２３、及び機器レベル２４の４つに階層化
された構造を有している。各レベルは、更に１又は複数
のノードから構成される。ここでノードとは、具体的な
プラントの運転目標やその目標の達成のための手段を表
すものである。従って、上位のノードほど包括的な内容
を表し、下位ノードはより具体的な内容を示している。
各ノードは、その種類に応じて操作決定に必要な以下の
ような情報を選択的に有している。

【００１５】（１）ノード情報；自分自身のノードを示
す情報、すぐ上位のノードを示す情報、及びすぐ下位の
ノードを算出するための情報とからなる。

【００１６】（２）ノード状態情報；そのノードが正常
か異常かを示す情報、異常の場合の緊急度を示す情報、
健全性を示す情報等からなる。

【００１７】（３）等価操作量算出情報；ノード状態を
変更または維持するために必要な操作量を算出するため
の情報である。

【００１８】（４）系統識別情報；そのノードがどの系
統に属するかを示す情報である。

【００１９】（５）機器操作情報；現実の機器を操作す
るために必要な情報をいう。

【００２０】この知識ベース１７における各ノードは、
以下のような５つの種類に分けられている。

【００２１】ノード３１は運転目標ノードであり、ここ
では例えば出力運転状態の維持が運転目標となってい
る。またノード３２−１，３２−２は、上位の運転目標
を達成するための要素を示すノードであり、状態評価ノ
ードと呼ぶ。ここでは、例えばヒートシンク制御ノー
ド、炉熱出力制御ノード等がある。状態評価ノードの下
位には、更に健全性評価ノードが位置している。例え
ば、状態評価ノードの１つであるヒートシンク制御ノー
ド３２−１の下位には、２次Ｎａ流量確保ノード３３−
１〜主冷却器出口Ｎａ温度制御ノード３３−３等があ
る。

【００２２】健全性評価ノードの下位には中継ノード３
４−１〜３４−３が位置している。更に中継ノードの下
位には、それぞれ複数の抑制操作ノードが設けられてい
る。例えばＮａ温度抑制操作ノード３４−２の下位に
は、１Ａ主冷却器等価抑制操作装置ノード３５−１等が
配置されている。この抑制操作ノードの下位には、実際
に操作を行うための機器が配置されている。例えば２Ａ
主冷却器等価抑制操作装置ノード３５−２の下には、入
口ベーン用操作装置３６−１等が配置されている。

【００２３】また他の状態評価ノード、例えば炉熱出力
制御ノード３２−２についても同様の階層構造を有して
いる。

【００２４】なお、以上の説明にいうＮａは、核分裂に
より発生した熱エネルギを炉心から外に取り出すための
冷却材として用いられる液体ナトリウムを意味してお
り、また、主冷却器とは、中間熱交換器を介して送られ
てきた炉心の熱を空気により冷却する熱交換器等を示
す。

【００２５】以上のような構成の応急操作決定システム
の動作を図３と共に説明する。ここでは、上記システム
を例えば高速増殖炉の実験炉である「常陽」に適用する
場合について説明する。まず中央処理装置１１は、一定
の周期でプラントデータ収集システム１５に対し起動を
かける（ステップＳ１０１）。プラントデータ収集シス
テム１５は、起動毎に、プラントの必要なデータを収集
して、プラントデータ入力インターフェース１４を介し
て中央処理装置１１に送出する。これを受けた中央処理
装置１１は、図４に示すような処理により、状態評価ノ
ードの達成度ＡＦを求める（ステップＳ１０２）。ここ
では一例として、図２におけるヒートシンク制御ノード
３２−１を状態評価ノードとした場合の達成度を求める
場合について説明する。

【００２６】図４において、プラントデータを取得する
と（ステップＳ２０１）、まず次の（１）式に基づい
て、プラント評価指標Ｉを求める（ステップＳ２０
２）。

【００２７】

【数１】ここにＦは、２次系Ｎａ流量を示し、Ｅ_i及びＥ_oはそ
れぞれ主冷却器入口Ｎａエンタルピー及び主冷却器出口
Ｎａエンタルピーを表している。これにより求められる
プラント評価指標Ｉは、ここではいわゆる主冷却器によ
る除熱量を表している。このようにプラント評価指標Ｉ
としては、一般にプラントデータを独立変数とする関数
により表現し、上位ノードほどより包括的でプラントの
より広い範囲を評価し得るものを選定する。

【００２８】次に、（２）式に基づきプラント評価指数
を正規化して独立変数ｘを求める（ステップＳ２０
３）。

【００２９】ここにＩ_ｎはプラント評価指数の正常値を
示す。このようにして求められた独立変数ｘに対して、
図５に示すような状態評価関数ｆ（ｘ）の値を求める
（ステップＳ２０４）。この状態評価関数ｆ（ｘ）は、
不感帯下限値ｘ₂から不感帯上限値ｘ₃の間は“０”の
値をとり、トリップ下限値ｘ₁以下の値に対しては値
“−１”、トリップ上限値ｘ₄以上の値に対しては値
“１”をとる。

【００３０】

【数２】このようにして得られた状態評価関数の値ｆ（ｘ）か
ら、次の（３）式に基づき達成度ＡＦを求める（ステッ
プＳ２０５）。

【００３１】

【数３】従って状態評価関数ｆ（ｘ）が“±１”の場合には、達
成度は０となり、反対にｆ（ｘ）が０の場合には達成度
ＡＦは“１”の値をとる。

【００３２】このようにして得られた達成度ＡＦの値に
基づき、次にどのような応急操作をとるべきかの判定を
行う。すなわち達成度ＡＦが“１”の場合には（ステッ
プＳ１０３；Ｙ）、運転目標が１００％達成され正常状
態にあると判定され（ステップＳ１０４）、特に応急操
作の決定は行われず、このサイクルの処理を終了する。

【００３３】一方、達成度ＡＦが“０”の場合には（ス
テップＳ１０５；Ｙ）、いかなる応急操作も不可能と判
定され、緊急停止を行う旨の決定がなされる（ステップ
Ｓ１０６）。そして、緊急停止のタイミング等の決定が
行われ（ステップＳ１０７）、プラント運転システム１
６（図１）に対して、決定されたタイミングで緊急停止
を行う旨の指示を行う。

【００３４】更に達成度ＡＦが“０”と“１”の間の値
を有する場合には、なんらかの応急操作が可能な異常状
態であると判定し、緊急度ＥＦを求める（ステップＳ１
０８）。

【００３５】この緊急度ＥＦの算出は、後述するよう
に、例えばファジー推論によることができる。

【００３６】さて、緊急度ＥＦを求めた段階で、他の異
常ノードが発生している場合には（ステップＳ１０９；
Ｙ）、相互の緊急度を比較し（ステップＳ１１０）、そ
の新たな異常ノードの緊急度の方が大きい場合には（ス
テップＳ１１０；Ｎ）そちらの異常ノードに優先度を移
行する。一方、当該異常ノードのほうが緊急度が大きい
場合には（ステップＳ１１０；Ｙ）、当該異常ノード
を、応急操作の対象として決定する（ステップＳ１１
１）。

【００３７】このようにして当該異常ノードが異常と判
断された場合には、次に、その異常状態の程度を抑制
し、より正常な状態に移行させるための操作を行うため
のノード（以下、異常状態抑制操作ノードと呼ぶ）を、
後述する手順（図６）に従い、知識ベース１７を用いて
決定する（ステップＳ１１２）。そして、更に後述する
手順（図７）により、その決定された異常状態抑制操作
ノードについての操作量の決定を行う（ステップＳ１１
３）。このようにして、異常が発生した段階で、その異
常状態を抑制するための操作が可能であるかあるいは緊
急停止を行う必要があるかの判断を行うと共に、応急操
作が可能な場合には、具体的に操作を行うべき対象の特
定とその操作量の決定を行うのである。

【００３８】次に、ステップＳ１０８において緊急度Ｅ
Ｆを求める場合の手順を説明する。上記したように、こ
こではいわゆるファジー推論を用いて緊急度ＥＦを求め
る。この際、ファジー関数への入力パラメータとして
は、達成度ＡＦ，達成度変化率ＡＦ´，重要度ＩＦ，及
び感度ＲＦを用いる。そして次の表１〜表４に示すよう
なルール群を用いて、ファジー推論に基づいて緊急度を
求める。

【００３９】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】ここで達成度変化率ＡＦ´とは、ある周期での達成度の
値が次の周期でどの程度変化したかを示すものであり、
その変化が負の場合には、緊急度ＥＦを高くする方向へ
影響を与える。また、重要度ＩＦは、運転目標を達成す
るための重要度を示し、上位ノードほどその値が大き
い。感度ＲＦは、外乱に対してどの程度敏感に応答する
かを示す尺度であり、その値が高いほど緊急度ＥＦを高
くする方向へ影響を与える。

【００４０】このように、ファジー推論においては、各
種のファジー変数を設定するが、各変数は複数の領域、
例えば達成度ＡＦについてみると、高中低の３つの領域
に表され、これに対応した緊急度ＥＦも低中高の３つの
領域に分けて表される。同様にして達成度変化率ＡＦ´
や重要度ＩＦ及び感度ＲＦについてもそれぞれ複数の領
域について表される。そして、これらの各領域に対して
いわゆるメンバーシップ関数が以下のように定義され
る。すなわち、本推論においては、代数積−加算−重心
法による手順により行われる。この推論において用いら
れる各変数ごとにまとめたメンバーシップ関数は、次の
（４）式に示す通りである。

【００４１】

【数４】ここで、ｘ_iはｉ番目の変数の現在値を示し、ｙは緊急
度を示す。またｈ_iは、ｉ番目の変数が緊急度に与える
影響の度合いを示すメンバーシップ関数であり、ｆ
_ijは、ｉ番目の前件部変数のｊ番目の領域の内容を示す
メンバーシップ関数、ｇ_ijは、ｉ番目の後件部変数のｊ
番目の領域の内容を示すメンバーシップ関数である。こ
こに、前件部変数とは、例えば表１における達成度ＡＦ
等をいい、後件部変数とは緊急度ＥＦをいう。なお、す
べての変数と関数値は“０”から“１”の値をとるよう
に正規化している。但し、負の値をとる場合には、“−
１”から“１”をとるようにしている。

【００４２】そして、全変数が緊急度に与える影響の度
合いを示すメンバーシップ関数は、次の（５）式より求
められる。

【００４３】

【数５】ここで、ｈ_tは、全変数が緊急度に与える影響の度合い
を示すメンバーシップ関数であり、ｗ_iは、ｉ番目の変
数が緊急度に与える影響の度合いを示す重み係数であ
る。

【００４４】そして緊急度の推定値ｙ^*を次の（６）式
により求め、これを緊急度ＥＦとして採用する。

【００４５】

【数６】次に、図６と共に、ステップＳ１１２における異常状態
抑制操作ノードの決定の手順を説明する。

【００４６】まず、現在異常になっている健全性評価ノ
ードを探すことより出発する。健全性評価ノードとは、
上述したように、例えば図２における主冷却器出口Ｎａ
温度制御ノード３３−３等を示し、これを探すことによ
り、その系統の目標達成度が評価でき異常系統の同定も
可能となる。この処理においては、まず当該ノードのチ
ェックを行い（ステップＳ３０１）、異常でなければ
（ステップＳ３０２；Ｎ）次のノードのチェックを行
い、異常であれば（ステップＳ３０２；Ｙ）、そのノー
ドがＡＮＤノードかＯＲノードを判定する。

【００４７】ここに、ＡＮＤノードとは、当該ノードの
健全性を確保するためには、当該ノードに属するすべて
の下位ノードが健全である必要があるものをいい、また
ＯＲノードとは、当該ノードの健全性を確保するために
は、その下位に属するいずれか１つのノードが健全であ
ればそれにより他のノードの代替手段となるものであ
る。但し代替手段となるためには使用可能である必要が
ある。

【００４８】この結果ＯＲノードであった場合には（ス
テップＳ３０３；Ｎ）、使用可能であるすべての下位ノ
ードにフラグを立てるある一定のルールを用いて優先順
位を決定する（ステップＳ３０４）。一方、ＡＮＤノー
ドであった場合には（ステップＳ３０３；Ｙ）、下位ノ
ードを１つ抽出し（ステップＳ３０５）、そのノードの
チェックを行う（ステップＳ３０６）。この結果その下
位ノードが異常であった場合には（ステップＳ３０７；
Ｙ）、当該下位ノードにフラグを立て（ステップＳ３０
８）、異常でなかった場合には（ステップＳ３０７；
Ｎ）フラグは立てない。そして、自己に属するすべての
下位ノードのチェックが終了するまでステップＳ３０５
からステップＳ３０９の処理を行う。

【００４９】以上のような処理を、現在異常となってい
るすべての健全性評価ノードについて、異常状態抑制操
作ノードに到達するまで順次行う。そして、フラグの立
てられた抑制操作ノードが、異常状態抑制操作の対象と
なる。

【００５０】次に、図７と共に、ステップＳ１１３にお
ける異常状態抑制操作のための操作量の決定について説
明する。

【００５１】まず、ステップＳ１１２においてフラグの
立てられた異常状態抑制操作ノードのうち、最高優先度
の組み合わせを抽出する（ステップＳ４０１）。そし
て、この組み合わせにより、次の（７）式に示した条件
を満足する抑制操作量をサーチする（ステップＳ４０
２）。

【００５２】

【数７】ここに、ｉは現在異常となっている健全性評価ノードを
示し、ｊはそれらを抑制するための抑制操作ノードを示
す。またｘ_i（ｔ）は、異常ノードｉのプラント変数の
予測値を示し、外挿により求める。またｘ_iminは上記プ
ラント変数の許容下限値を示し、ｘ_imaxは、同じく上限
値を示す。またδ_ikは、ｉ＝ｋのときのみ１で他は０で
ある。Ｓ_jk（ｔ）は、抑制操作ノードｊを操作したと
き、ノードｋに与える操作影響度関数を表し、Ｕ
_j（ｔ）は、抑制操作ノードｊのステップ状の入力関数
を表す。

【００５３】さて、上記した条件を満足する操作量があ
った場合には（ステップＳ４０３；Ｙ）、当該操作量の
操作が可能であるかの判定を行う（ステップＳ４０
４）。そして当該操作量の操作が可能である場合には、
その操作量を採用する（ステップＳ４０５）。一方、
（７）式を満たす操作量を見出だせなかった場合（ステ
ップＳ４０３；Ｎ）、及び当該操作量の操作が不可能な
場合（ステップＳ４０４）には、他の抑制操作ノードの
組み合わせを抽出し（ステップＳ４０６）、ステップＳ
４０２以下の処理を行う。

【００５４】このようにして等価操作量が求められた場
合には、使用不能な操作機器、ＯＲ結合の下にある使用
可能な操作機器の優先順位、及びプラントより要求され
る制約等を考慮して、運転要領等に基づいて具体的操作
方法を決定する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
異常状態発生時にプラントの緊急停止を行うことなく異
常状態抑制操作を採ることが可能と判定した場合には、
そのための操作対象機器の特定とその操作量の決定を行
うこととしたので、人的判断によらずにプラントの緊急
事態に自律的に対応して応急操作を決定することができ
る。従って、従来、操作員の能力、経験、及び勘に依存
していた緊急操作の決定を、人間の判断によることなく
客観的かつ迅速に行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における応急操作決定システ
ムを示すブロック図である。

【図２】この応急操作決定システムに設けられた運転目
標機能階層化知識ベースを示す説明図である。

【図３】このシステムの処理の全容を示す流れ図であ
る。

【図４】図３におけるステップＳ１０２の処理内容を詳
細に示す流れ図である。

【図５】状態評価関数を示す説明図である。

【図６】図３におけるステップＳ１１２の処理内容を詳
細に示す流れ図である。

【図７】図３におけるステップＳ１１３の処理内容を詳
細に示す流れ図である。

【符号の説明】

１０応急操作決定システム１１中央処理装置１２外部記憶装置１５プラントデータ収集システム１６プラント運転システム１７運転目標機能階層化知識ベース

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントの運転目標をプラントの機能・
構造・運転マニュアル等に基づいて階層的に細分化する
とともに相互にネットワーク化した知識ベースを設け、プラント運転に際して周期的に得られる各種のプラント
計測データを基に、前記知識ベースの上位に位置する各
運転目標ごとに、状態の正常性の度合いを示す達成度を
求め、この達成度の値が所定の範囲内にある場合は異常状態に
はあるものの応急操作が可能と判定して、前記達成度、
各周期ごとの達成度の変化を示す達成度変化率、最上位
の運転目標を達成するための重要度、及び外乱に対する
感度等をパラメータとしてファジィ推論により緊急度を
求め、この緊急度と他に異常の発生している運転目標について
の緊急度とを比較考量して、最優先的に異常抑制を行う
べき運転目標を決定し、前記知識ベースに基づき、当該決定された運転目標の下
位に属する運転目標についての正常性チェックを順次行
うことにより、より正常な状態に移行させるために有効
な異常状態抑制操作の対象となる機器を特定し、異常となっているすべてのプラント計測データの予測値
と、抑制操作機器を単位量だけ操作したときのプラント
計測データの変化量の時間経過を示す操作影響度関数と
を用い、前記プラント計測データの将来値が所定の制限
範囲内に入るように前記特定された抑制操作対象機器の
操作量を決定することを特徴とする応急操作決定システ
ム。