JP3268097B2 - Reactor stability monitoring device - Google Patents

Reactor stability monitoring device

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JP3268097B2
JP3268097B2 JP31684593A JP31684593A JP3268097B2 JP 3268097 B2 JP3268097 B2 JP 3268097B2 JP 31684593 A JP31684593 A JP 31684593A JP 31684593 A JP31684593 A JP 31684593A JP 3268097 B2 JP3268097 B2 JP 3268097B2
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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉の炉心出
力安定度の監視に用いられる原子炉安定度監視装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactor stability monitoring apparatus used for monitoring core power stability of a boiling water reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉(BWR)は、気液2相
流からなる沸騰チャンネルを炉心部に含んでおり、この
沸騰チャンネルは密度差に起因する不安定性モード、す
なわち密度差振動と呼ばれる流量振動現象を内在してい
る。これをチャンネル不安定性と称しているが、実際の
BWR炉心ではこれに中性子動特性が加わり、炉心内中
性子束レベル、つまり炉心出力が振動する現象となって
現れ、これを炉心不安定性と称している。
2. Description of the Related Art A boiling water reactor (BWR) includes a boiling channel composed of a gas-liquid two-phase flow in a core portion thereof, and the boiling channel has an instability mode caused by a density difference, that is, a density difference oscillation. There is an inherent flow oscillation phenomenon called. Although this is called channel instability, in the actual BWR core, neutron dynamics are added to this, and this appears as a phenomenon in which the neutron flux level in the core, that is, the core output oscillates, and this is called core instability. I have.

【0003】通常、炉心不安定性は本来最も安定して存
在する中性子束基本モードに従い、炉心内で一体に振動
するような不安定事象であり、これに対して熱水力的な
不安定性であるチャンネル不安定性に、炉心内で空間的
に不均一な中性子束高次モードが励起され、空間的に異
なった位相で振動する現象も観測され、これを領域不安
定性と称している。
[0003] Generally, core instability is an unstable event that oscillates integrally in the core according to a neutron flux fundamental mode that originally exists most stably, and is a thermo-hydraulic instability. In the channel instability, a spatially inhomogeneous higher-order mode of neutron flux is excited in the reactor core and a phenomenon of oscillating at different phases in space is also observed. This phenomenon is called domain instability.

【0004】炉心の安定度を表す指標としては、応答の
隣り合う振幅の比である減幅比を用いている。この減幅
比が1未満ということは振動が減衰することを意味する
ので安定である。逆に、減幅比が1を越える場合は振動
が成長し、不安定であることを示している。減幅比が1
である場合は振幅が一定で振動が持続することを示して
いる。
[0004] As an index indicating the stability of the core, a reduction ratio which is a ratio of adjacent amplitudes of the response is used. When the width reduction ratio is less than 1, it means that the vibration is attenuated, so that it is stable. Conversely, when the width reduction ratio exceeds 1, it indicates that the vibration grows and is unstable. Reduction ratio is 1
In the case of, the amplitude is constant and the vibration is continued.

【0005】但し、実際はシステムの持つ非線形性のた
め、減幅比が1を越えていても、ある時点で振幅の成長
は止まり、振幅一定の振動であるリミットサイクル振動
に移行する。したがって、リミットサイクル振動は線形
系における調和振動とは全く異なる振動現象であり、実
際のシステムが非線形性を持っていることから、減幅比
という定義も線形性の意味での減幅比とは異なってくる
場合がある。
However, in practice, due to the non-linearity of the system, even if the reduction ratio exceeds 1, the amplitude growth stops at a certain point, and the system shifts to a limit cycle vibration, which is a vibration having a constant amplitude. Therefore, limit cycle oscillation is a completely different oscillation phenomenon from harmonic oscillation in a linear system.Since the actual system has nonlinearity, the definition of the attenuation ratio is not the same as the attenuation ratio in the sense of linearity. May be different.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような事情に対
し、プラントの安定度をオンサイトで監視する場合、現
時点では時系列データの線形定常性・正規性を仮定した
統計的手法により減幅比を求め、その推移を監視してい
る。したがって、定常性から外れるような過渡事象時、
あるいは非線形性が顕著になってくる安定限界に近い領
域などにおいては、精度よく減幅比を推定することは困
難となってくる。
Under such circumstances, when monitoring the stability of a plant on-site, at present, the reduction ratio is determined by a statistical method assuming linear stationary and normality of the time-series data. And monitor the transition. Therefore, in the event of a transient that deviates from stationarity,
Alternatively, it is difficult to accurately estimate the width reduction ratio in a region near the stability limit where the nonlinearity becomes remarkable.

【0007】このように非定常・非線形が顕著になった
場合、炉心安定度を精度よく推定することが困難であ
り、特に非線形の顕著となる発振近傍における安定余
裕、振動の発達状態の監視が従来では困難である。
[0007] When the unsteady state and the nonlinearity become remarkable, it is difficult to accurately estimate the core stability. In particular, it is necessary to monitor the stability margin near the oscillation where the nonlinearity becomes remarkable and the state of development of the vibration. Conventionally, it is difficult.

【0008】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、炉心部不安定事象を検出することができ、安全
性および稼働率を向上させた原子炉安定度監視装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a reactor stability monitoring apparatus capable of detecting a core instability event and improving safety and operation rate. Aim.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明に係る原子炉安定度監視装置は、請求項
1に記載したように、炉心内の中性子束を検出する中性
子検出器と、この中性子束検出系信号をサンプル化し、
このサンプル化した時系列データから相関次元およびリ
アプノフ指数を求め、上記相関次元およびリアプノフ指
数の値から変動率を求める相関次元・リアプノフ指数演
算器と、上記相関次元およびリアプノフ指数の値ならび
に変動率と予め評価された炉心安定度に対応する相関次
元・リアプノフ指数を蓄えたデータベースとを比較する
比較演算器と、この比較演算結果に基づいて必要な安定
度改善措置をとる安定化措置判定器とを備えたものであ
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a reactor stability monitoring apparatus for detecting a neutron flux in a reactor core. And sample this neutron flux detection system signal,
A correlation dimension and a Lyapunov exponent for calculating a correlation dimension and a Lyapunov exponent from the sampled time-series data, and calculating a rate of change from the values of the correlation dimension and the Lyapunov exponent. A comparison arithmetic unit that compares a database storing correlation dimensions and Lyapunov exponents corresponding to core stability evaluated in advance, and a stabilization measure determination unit that takes necessary stability improvement measures based on the comparison calculation result. It is provided.

【0010】また、請求項2は、請求項1記載の相関次
元・リアプノフ指数演算器は、相関次元の推移を逐次的
に計算し、その値が1.0へ漸次近づく過程を監視する
ことを特徴とする。
According to a second aspect, the correlation dimension / Lyapunov exponent calculator according to the first aspect sequentially calculates the transition of the correlation dimension and monitors a process in which the value gradually approaches 1.0. Features.

【0011】[0011]

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項1において
は、サンプル化した時系列データから相関次元およびリ
アプノフ指数を計算し、その値とともに変化率も求め、
それらを予めデータベースに蓄えた基準値と比較するこ
とにより、正確に炉心の安定度を監視することができ
る。
According to the first aspect of the present invention having the above structure, the correlation dimension and the Lyapunov exponent are calculated from the sampled time-series data, and the rate of change is obtained along with the values.
By comparing them with reference values stored in a database in advance, the stability of the core can be accurately monitored.

【0012】また、請求項2においては、相関次元の推
移を逐次的に計算し、その値が1.0へ漸次近づく過程
を監視することにより、振動状態のリミットサイクルへ
の発達過程を監視することが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, the development of the vibration state to the limit cycle is monitored by sequentially calculating the transition of the correlation dimension and monitoring the process in which the value gradually approaches 1.0. It becomes possible.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】本発明は従来求めていた減幅比に加えて、
安定度を表す指標として相関次元およびリアプノフ指数
を用いている。そして、本発明の実施例を説明するに際
し、相関次元およびリアプノフ指数について説明する。
According to the present invention, in addition to the width reduction ratio previously required,
Correlation dimensions and Lyapunov exponents are used as indices indicating stability. Then, in describing the embodiment of the present invention, a correlation dimension and a Lyapunov exponent will be described.

【0015】すなわち、相関次元とは、システムの力学
系のフラクタル構造を反映したフラクタル次元の一種で
あり、計算が比較的容易であることから広く用いられて
いる。相関次元を求めるには次式に示す相関積分をまず
求める。
That is, the correlation dimension is a kind of fractal dimension reflecting the fractal structure of the dynamical system of the system, and is widely used because the calculation is relatively easy. To obtain the correlation dimension, first, the correlation integral shown in the following equation is obtained.

【0016】[0016]

【数1】 ここで、Xi は観測された時系列データに基づいて埋め
込みという操作により求められた時系列データベクトル
である。また、Hはヘビサイト関数である。このように
して求めた相関積分が時系列データ間のノルムrに対し
て、
(Equation 1) Here, X i is a time series data vector obtained by an operation of embedding based on the observed time series data. H is a Heavisite function. The correlation integral obtained in this way is given by the norm r between the time series data.

【数2】C(r)〜rμ (2) という関係が得られたとするとき、この指数μを相関次
元という。この相関次元とは観測に用いる物差し(ノル
ム)を変えたときに、ある相空間内に存在する力学系の
軌道の個数が、その物差しのスケールに対して相似であ
ること、すなわち空間的なフラクタル性を時系列データ
より埋め込みという操作により抽出することにより現れ
る次元である。
[Mathematical formula-see original document] When it is assumed that the relationship of C (r)-r [ mu] (2) is obtained, this index [mu] is called a correlation dimension. This correlation dimension means that when the measure (norm) used for observation is changed, the number of orbits of the dynamic system existing in a certain phase space is similar to the scale of the measure, that is, the spatial fractal This is a dimension that appears when the gender is extracted from the time-series data by the operation of embedding.

【0017】上記埋め込みとは、時系列データから等間
隔に任意の個数毎(埋め込み次元という。)にデータベ
クトルを再編成する操作である。この埋め込み次元に対
して相関次元が収束するまで埋め込み操作を繰り返す。
この相関次元はシステムの安定度と密接な関係があり、
それはシステムの非定常性・非線形性などによらず、純
粋にシステムを記述する力学系のみに依存する。
The embedding is an operation of rearranging data vectors at regular intervals from the time-series data at arbitrary intervals (referred to as embedding dimensions). The embedding operation is repeated until the correlation dimension converges on the embedding dimension.
This correlation dimension is closely related to the stability of the system,
It depends purely on the dynamical system that describes the system, irrespective of the non-stationarity and nonlinearity of the system.

【0018】すなわち、安定度と相関次元との関係は以
下のように説明できる。システムが十分に安定である場
合、時系列データには特別に支配的な自由度は存在せ
ず、雑音が支配的になる。雑音は高自由度系であるた
め、安定時に相関次元は大きな値をとる傾向にある。
That is, the relationship between the stability and the correlation dimension can be explained as follows. If the system is sufficiently stable, there is no special dominant degree of freedom in the time-series data, and noise becomes dominant. Since noise has a high degree of freedom, the correlation dimension tends to take a large value when it is stable.

【0019】それに対して、システムが不安定になると
いうことは、自由度の中にある特定の軌道が不安定とな
り、その軌道が雑音成分を次第に抑えて支配的になると
考えられる。したがって、不安定化するに従い自由度は
低下し、それを反映した相関次元の値も低下する。この
ような関係からシステムの安定度とその出力である時系
列データから求められた相関次元とは、密接な関係があ
ると考えられる。
On the other hand, when the system becomes unstable, it is considered that a specific trajectory in the degree of freedom becomes unstable, and the trajectory gradually suppresses noise components and becomes dominant. Therefore, the degree of freedom decreases as the state becomes unstable, and the value of the correlation dimension reflecting the degree of freedom also decreases. From such a relationship, it is considered that there is a close relationship between the stability of the system and the correlation dimension obtained from the time-series data as the output thereof.

【0020】また、リアプノフ指数の定義は以下のよう
になる。図2に示すように、1本の軌道X(t)を考
え、その初期値X(0)とそれからわずかに離れたもう
1本の軌道をとり、その2点間の距離をd1 (0)とす
る。2点間の距離は時間の発展に対して急激に離れてし
まうので、ある程度離れたら2点間の距離をd2 (0)
まで戻し、その点を初期値とする軌道を再び追いかけ
る。
The definition of the Lyapunov exponent is as follows. As shown in FIG. 2, one trajectory X (t) is considered, its initial value X (0) and another trajectory slightly separated from it are taken, and the distance between the two points is represented by d 1 (0). ). Since the distance between two points rapidly increases with the development of time, the distance between the two points becomes d 2 (0)
And follow the trajectory with that point as the initial value.

【0021】この操作をτ秒毎に繰り返していくと、軌
道間の拡大率を求めることができる。そこで、個々の拡
大率をもって軌道間の距離が次々に拡大されることか
ら、nτ秒間の拡大率は、
By repeating this operation every τ seconds, the magnification between the orbits can be obtained. Then, since the distance between the orbits is successively increased with each magnification, the magnification for nτ seconds is

【数3】 となることがわかる。この拡大率は時間(発展時間)に
対して指数関数的になっており、この指数的増加率をλ
とすれば、2点間の距離の時間発展は近似的に、
(Equation 3) It turns out that it becomes. This expansion rate is exponential to time (development time).
Then the time evolution of the distance between two points is approximately

【数4】d(t)〜exp(λt) と表すことができる。この増加率λをリアプノフ指数と
いう。増加率λを具体的に評価するためには、
## EQU4 ## d (t) to exp (λt). This increase rate λ is called a Lyapunov exponent. To specifically evaluate the increase rate λ,

【数5】 を計算することになる。(Equation 5) Will be calculated.

【0022】したがって、この相関次元およびリアプノ
フ指数の値、且つそれらの時間的推移を監視することに
より、システムの安定度およびその推移を減幅比だけを
監視することにより、精度よく推定することが可能とな
る。
Therefore, by monitoring the values of the correlation dimension and the Lyapunov exponent and their temporal transitions, it is possible to accurately estimate the stability of the system and its transitions by monitoring only the reduction ratio. It becomes possible.

【0023】図1は本発明に係る原子炉安定度監視装置
の一実施例を示す構成図である。図1に示すように、炉
心1内には多数本の中性子検出器2が配設されており、
これらの中性子検出器2からそれぞれ局部出力領域モニ
タ(LPRM)信号3がアナログ信号として取り出され
る。これらのLPRM信号3は加算器4に集められ、約
20信号毎に均等に平均化され平均出力領域モニタ(A
PRM)信号5となる。通常は、このAPRM信号5か
ら統計的処理により減幅比が算出される。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a reactor stability monitoring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a large number of neutron detectors 2 are disposed in a core 1.
A local output area monitor (LPRM) signal 3 is extracted from each of these neutron detectors 2 as an analog signal. These LPRM signals 3 are collected by an adder 4 and averaged equally every about 20 signals to obtain an average output area monitor (A
PRM) signal 5. Normally, the width reduction ratio is calculated from the APRM signal 5 by statistical processing.

【0024】各LPRM信号3およびAPRM信号5
は、A/D変換器6を用いてそれぞれのアナログ信号が
ディジタル化され、このディジタル化されたLPRM信
号3は前処理器7において、まず適当な前処理、すなわ
ちハニングウィンドーなどを用いた雑音成分除去を行
う。
Each LPRM signal 3 and APRM signal 5
The analog signal is digitized using an A / D converter 6, and the digitized LPRM signal 3 is first converted into an appropriate pre-process by a pre-processor 7, that is, noise using a Hanning window or the like. The components are removed.

【0025】雑音成分は相関次元を高める方向に作用す
るため、雑音成分除去は相関次元評価にあたって重要で
はあるが、安定度に対する相関次元の相対的な関係は、
対象とする安定度にとって変わらない。このため、比較
対象とするデータベースを含めて統一された処理法であ
れば、安定度評価には支障がないので、本実施例におい
て前処理器7は一般的なローパスフィルタとしておく。
但し、リアプノフ指数評価にあたってはフィルタを介さ
ないこととする。
Since the noise component acts in the direction of increasing the correlation dimension, the removal of the noise component is important in the evaluation of the correlation dimension, but the relative relationship of the correlation dimension to the stability is as follows.
It does not change for the target stability. For this reason, if the processing method is unified including the database to be compared, there is no problem in the stability evaluation. Therefore, in this embodiment, the preprocessor 7 is a general low-pass filter.
However, when evaluating the Lyapunov exponent, no filter is used.

【0026】前処理を終えた時系列データから相関次元
・リアプノフ指数演算器8により、(1)式の相関積分
を用いて相関次元が、また(5)式を用いてリアプノフ
指数が求められる。(1)式におけるNは時系列データ
点数であり、十分な精度でこれらの値を求めるだけの個
数が必要である。したがって、これらの値はある時間間
隔でバッチ的に求められることになる。この時間間隔は
サンプリング間隔にもよるが、従来の安定性検出器と同
じ程度のサンプリング間隔を用いるとして、数十秒程度
になる。
The correlation dimension / Lyapunov exponent calculator 8 calculates the correlation dimension using the correlation integral of equation (1) and the Lyapunov exponent using equation (5) from the time-series data after the preprocessing. N in equation (1) is the number of time-series data points, and it is necessary to have enough numbers to obtain these values with sufficient accuracy. Therefore, these values are determined in batches at certain time intervals. Although this time interval depends on the sampling interval, it is about several tens of seconds assuming that the same sampling interval as that of the conventional stability detector is used.

【0027】したがって、この時間間隔内でサンプリン
グされた時系列データは全てメモリ9に一時的に蓄えら
れる。相関次元は(2)式の形からわかるように、相関
積分の対数のノルムの対数に対する傾きとして求まる。
ここで求めた相関次元・リアプノフ指数はメモリ9に蓄
えられ、既に蓄えられている1バッチ前の値との差分よ
り変化率が求められ、それも同時にメモリ9に蓄えられ
る。そして、データベース11には、予め評価された安
定度に対する相関次元、リアプノフ指数がテーブル形式
で蓄えられている。
Therefore, all the time-series data sampled within this time interval is temporarily stored in the memory 9. As can be seen from the form of the equation (2), the correlation dimension is obtained as a slope of the logarithm of the correlation integral with respect to the logarithm of the norm.
The correlation dimension / Lyapunov exponent obtained here is stored in the memory 9, and the rate of change is calculated from the difference between the stored value and the value one batch before, which is also stored in the memory 9 at the same time. The database 11 stores a correlation dimension and a Lyapunov exponent for the previously evaluated stability in a table format.

【0028】そこで、これらのデータベースと、逐次計
算された相関次元、リアプノフ指数およびそれらの変化
率が比較演算器10において比較され、判定器12を通
して安定度がしきい値を越えている場合は、判定信号1
3が発せられ、安定化措置判定器14に信号が送出さ
れ、安定化措置信号15が発せられる。この安定化措置
信号15により安定化措置として予め設定された制御棒
(選択制御棒)が挿入され、出力を低下させることによ
り、安定度をしきい値以下とする。
Then, these databases, the sequentially calculated correlation dimension, Lyapunov exponent, and the rate of change thereof are compared in the comparator 10. If the stability exceeds the threshold through the decision unit 12, Judgment signal 1
3 is issued, a signal is sent to the stabilization measure determiner 14, and a stabilization measure signal 15 is issued. A control rod (selection control rod) preset as a stabilization measure is inserted by the stabilization measure signal 15, and the output is reduced, so that the stability is reduced to a threshold value or less.

【0029】このように本実施例では、代表的な炉心状
態における相関次元およびリアプノフ指数の値とそれら
の変動率を予めデータベース化しておき、それに基づい
て判定基準を設定することにより、より柔軟な監視が可
能となる。
As described above, in the present embodiment, the values of the correlation dimension and the Lyapunov exponent in the typical core state and their fluctuation rates are stored in a database in advance, and a determination criterion is set based on the database. Monitoring becomes possible.

【0030】すなわち、本実施例では観測信号をサンプ
ル化し、このサンプル化した時系列データから相関次元
およびリアプノフ指数を求め、それらの値をストアして
変動率を求め、それらをデータベースと比較して炉心安
定度を判定し、その結果により必要な安定度改善措置を
採ることにしている。
That is, in the present embodiment, the observation signal is sampled, the correlation dimension and the Lyapunov exponent are obtained from the sampled time-series data, the values are stored to obtain the fluctuation rate, and these are compared with the database. The core stability is determined, and necessary stability improvement measures are taken based on the results.

【0031】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of the present embodiment will be described.

【0032】まず、相関次元およびリアプノフ指数の値
から安定度を監視する第1の監視例を説明する。データ
ベースとなる相関次元・リアプノフ指数と炉心安定度と
の関係を図3に示す。安定度が悪化(減幅比が増大)す
るに従い相関次元は低下し、発振点(減幅比が1以上)
に近づくにつれて、相関次元の低下率が上昇しているこ
とが判る。逆に、安定度が悪化するに従い、リアプノフ
指数は増大しており、安定度との関係は減幅比と同じ傾
向にあることが判る。
First, a first monitoring example of monitoring the stability from the correlation dimension and the value of the Lyapunov exponent will be described. FIG. 3 shows the relationship between the correlation dimension / Lyapunov exponent serving as a database and the core stability. As the stability deteriorates (the attenuation ratio increases), the correlation dimension decreases, and the oscillation point (the attenuation ratio is 1 or more)
It can be seen that the decrease rate of the correlation dimension increases as approaching. Conversely, as the stability deteriorates, the Lyapunov exponent increases, indicating that the relationship with the stability has the same tendency as the reduction ratio.

【0033】しかし、減幅比に対する相関次元およびリ
アプノフ指数の関係は、線形な関係てはないことが図3
から見て取れる。すなわち、相関次元は発振点近傍にお
ける感度が大きい。またリアプノフ指数も減幅比の増大
に伴って、指数関数的に値が増大していることが判る。
このような特徴は安定度悪化の検出を高精度に行うに際
して、非常に有効なものである。
However, the relationship between the correlation dimension and the Lyapunov exponent with respect to the reduction ratio is not linear in FIG.
Can be seen from That is, the correlation dimension has high sensitivity near the oscillation point. Also, it can be seen that the value of the Lyapunov exponent increases exponentially with the increase of the reduction ratio.
Such a feature is very effective in detecting stability deterioration with high accuracy.

【0034】そこで、予め求められデータベースに格納
されている炉心安定度と相関次元・リアプノフ指数との
関係と、逐次的に求められる現炉心状態を反映した相関
次元・リアプノフ指数の値およびそれらの前ステップの
値との差分を比較することにより、現時点での安定度、
および今後の安定度の推移を予測し、それらが基準値を
越えたときには、警報(アラーム)あるいは必要な安定
化手段を起動する。
Accordingly, the relationship between the core stability and the correlation dimension / Lyapunov exponent which is obtained in advance and stored in the database, the correlation dimension / Lyapunov exponent which sequentially reflects the current core state, and the values before them. By comparing the difference with the step value, the current stability,
Further, a change in stability in the future is predicted, and when they exceed a reference value, an alarm (alarm) or necessary stabilizing means is activated.

【0035】次に、本発明で導入した指標の特性が現れ
る非線形性の顕著となってくる発振点近傍における第2
の監視例を説明する。このような状態における減幅比に
よる安定度評価の限界点について説明する。
Next, the second characteristic in the vicinity of the oscillation point at which the characteristic of the index introduced in the present invention becomes prominent in the nonlinearity.
An example of monitoring will be described. The limit of the stability evaluation based on the reduction ratio in such a state will be described.

【0036】図4(A),(B)は2種類の出力振動例
であり、図5はその振動データから減幅比を逐次的に評
価した結果である。図4(A)の振動例は減幅比がほと
んど1.0に達しており、リミットサイクル振動に発達
していることを示している。それに対し、図4(B)の
振動例は減幅比に若干のバラツキが現れているものの、
減幅比的にはほぼ1.0に近い値を示しており、発振点
に近い状態であることが判る。
FIGS. 4A and 4B show two examples of output vibrations, and FIG. 5 shows the results of sequentially evaluating the reduction ratio from the vibration data. In the vibration example of FIG. 4A, the width reduction ratio has almost reached 1.0, indicating that the limit cycle vibration has been developed. On the other hand, in the vibration example of FIG. 4B, although a slight variation appears in the width reduction ratio,
It shows a value close to 1.0 in terms of the width reduction ratio, and it is understood that the state is close to the oscillation point.

【0037】すなわち、減幅比を比較していただけで
は、この2つの振動状態の違いを判別するのは困難であ
る。この振動例を相関次元で評価すると、図6に示すよ
うに2つの振動状態は明らかに異なっていることが判
る。つまり、図4(A)の振動例は発達したリミットサ
イクル振動であり、振幅・周期はほぼ一定の振動状態に
あるのに対し、図4(B)の振動例は極めて不安定であ
り発振限界に近い状態ではあるものの、リミットサイク
ル振動には至っておらず、振幅も一定ではない。
That is, it is difficult to determine the difference between the two vibration states only by comparing the width reduction ratios. When this vibration example is evaluated by the correlation dimension, it can be seen that the two vibration states are clearly different as shown in FIG. That is, the vibration example in FIG. 4A is a developed limit cycle vibration, and the amplitude and the period are almost constant, whereas the vibration example in FIG. 4B is extremely unstable and has an oscillation limit. Although it is in a state close to the above, the limit cycle oscillation has not been reached and the amplitude is not constant.

【0038】したがって、相関次元の推移を逐次的に評
価し、その値が1.0に漸次的に近づいていくことを監
視することにより、振動状態のリミットサイクル振動へ
の発達過程を監視することが可能である。これを図7に
示す。これらはいずれも安定状態の異なる複数の振動状
態から振幅の変化とそれに対する相関次元の推移を求め
た結果である。それぞれ振幅は異なるが、リミットサイ
クル状態へ移行した場合は全てにおいて相関次元は1.
0に近い値へ漸次接近してくる。
Therefore, by sequentially evaluating the transition of the correlation dimension and monitoring that the value gradually approaches 1.0, it is possible to monitor the development process of the vibration state to the limit cycle vibration. Is possible. This is shown in FIG. These are all the results of obtaining a change in amplitude and a change in a correlation dimension corresponding to the change from a plurality of vibration states having different stable states. Although the amplitudes are different from each other, the correlation dimension is 1.
It gradually approaches a value close to zero.

【0039】これに対し、1点だけ相関次元が1.5付
近に止まっている状態があり、この状態では振幅も一定
しておらず、丁度図4(B)の振動例のような発振限界
に近い状態であるが、リミットサイクルにまでは至って
いない状態である。このような状態は線形的には不安定
状態であるが、非線形的にはまだ安定な状態であり、減
幅比を用いた評価では判別できない状態である。
On the other hand, there is a state where the correlation dimension only stays at around 1.5 at one point, and in this state, the amplitude is not constant, and the oscillation limit just like the vibration example in FIG. , But not yet in the limit cycle. Such a state is a linearly unstable state, but is still a non-linearly stable state, and is a state that cannot be determined by the evaluation using the reduction ratio.

【0040】したがって、相関次元の値と1.0との差
およびその変化を常に監視することにより、振動状態の
発達過程を評価することが可能であり、また、これによ
り今後の振幅の成長予測が可能となる。以上の全体の流
れを図8に示す。
Therefore, by constantly monitoring the difference between the value of the correlation dimension and 1.0 and its change, it is possible to evaluate the development process of the vibration state, and to thereby predict the future growth of the amplitude. Becomes possible. FIG. 8 shows the overall flow described above.

【0041】上記実施例では、相関次元およびリアプノ
フ指数を計算し、計算された相関次元およびリアプノフ
指数の値とともに変動率(変化率)を求め、上記相関次
元およびリアプノフ指数の値と変動率とを予めデータベ
ースに蓄えられた基準値と比較することにより安定度を
監視する。特に、変動率を監視することは図3に示した
ような相関次元およびリアプノフ指数が安定度に対して
非線形な感度を有しており、安定度が悪化するに従って
感度が増大する特性を利用している。
In the above embodiment, the correlation dimension and the Lyapunov exponent are calculated, the fluctuation rate (change rate) is calculated together with the calculated values of the correlation dimension and the Lyapunov exponent, and the value of the correlation dimension and the Lyapunov exponent and the fluctuation rate are calculated. The stability is monitored by comparing with a reference value previously stored in a database. In particular, monitoring the fluctuation rate utilizes the characteristic that the correlation dimension and the Lyapunov exponent have nonlinear sensitivity to the stability as shown in FIG. 3, and the sensitivity increases as the stability deteriorates. ing.

【0042】ここで、基準値については多段に設定し、
低い基準値を越えたときにはアラームのみを、さらに高
い基準値を越えたときには自動的に安定化措置手段(選
択制御棒挿入)を起動する。以上は第1の監視例に基づ
いた流れである。一方、第2の監視例では相関次元の値
に注目し、その値の1.0に対する差を監視する。その
差が基準値を越えた場合には、発達したリミットサイク
ル振動が発生しているとして、アラームを作動させると
ともに、上記安定化措置手段を起動する。
Here, the reference value is set in multiple stages,
When a lower reference value is exceeded, only an alarm is activated, and when a higher reference value is exceeded, the stabilizing means (selection control rod insertion) is automatically activated. The above is the flow based on the first monitoring example. On the other hand, in the second monitoring example, attention is paid to the value of the correlation dimension, and the difference between the value and 1.0 is monitored. If the difference exceeds the reference value, it is determined that a developed limit cycle vibration has occurred, an alarm is activated, and the stabilization measure is activated.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
に記載の原子炉安定度監視装置によれば、サンプル化し
た時系列データから相関次元およびリアプノフ指数を計
算し、その相関次元およびリアプノフ指数の値とともに
それらの変動率も求め、上記相関次元およびリアプノフ
指数の値と変動率とを予めデータベースに蓄えた基準値
と比較することにより、従来と比較して炉心の安定度を
正確に精度よく柔軟に監視することが可能となり、特に
リアプノフ指数が炉心出力の減幅比の増大に対して指数
関数的に値が増大しているので、安定度悪化の検出を高
精度に感度よく行なうことができ、安全性の向上と稼働
率の向上を図ることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to the reactor stability monitoring device described in the above, the correlation dimension and the Lyapunov exponent are calculated from the sampled time-series data, the values of the correlation dimension and the Lyapunov exponent are also calculated, and the correlation dimension and the Lyapunov exponent are calculated. By comparing the index value and the fluctuation rate with reference values stored in the database in advance, it becomes possible to monitor the stability of the core more accurately and more accurately and more flexibly than in the past, and especially the Lyapunov exponent Since the value increases exponentially with the increase of the width reduction ratio, it is possible to detect stability deterioration with high accuracy and high sensitivity, and to improve safety and increase the operation rate. it can.

【0044】また、請求項2によれば、相関次元の推移
を逐次的に計算し、その値が1.0へ漸次近づく過程を
監視することにより、振動状態のリミットサイクルへの
発達過程を監視することができ、減幅比を用いた評価で
は判別できない発振限界に近い振動状態の評価を効果的
に行なうことができ、今後の振動、振幅の成長予測が可
能となる。
According to the second aspect of the present invention, the transition of the correlation dimension is sequentially calculated, and the process of the value gradually approaching 1.0 is monitored, thereby monitoring the process of developing the vibration state to the limit cycle. Thus, it is possible to effectively evaluate a vibration state close to the oscillation limit, which cannot be determined by the evaluation using the attenuation ratio, and it is possible to predict the growth of vibration and amplitude in the future.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る原子炉安定度監視装置の一実施例
を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a reactor stability monitoring device according to the present invention.

【図2】リアプノフ指数の求める方法を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for obtaining a Lyapunov exponent.

【図3】相関次元およびリアプノフ指数と安定度との関
係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a correlation dimension, a Lyapunov exponent, and stability.

【図4】(A),(B)はそれぞれ出力振動例を示す
図。
FIGS. 4A and 4B are diagrams each showing an example of output vibration.

【図5】図4(A),(B)の振動例の減幅比の比較を
示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a comparison of the reduction ratios of the vibration examples of FIGS. 4 (A) and (B).

【図6】図4(A),(B)の振動例における相関次元
の変化を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a change in a correlation dimension in the vibration examples of FIGS. 4 (A) and 4 (B).

【図7】振幅の変化と相関次元推移の比較を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a comparison between a change in amplitude and a change in correlation dimension.

【図8】全体の処理の流れを示すフローチャート図。FIG. 8 is a flowchart showing the entire processing flow.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 炉心 2 中性子検出器 3 局部出力領域モニタ(LPRM)信号 4 加算器 5 平均出力領域モニタ(APRM)信号 6 A/D変換器 7 前処理器 8 相関次元/リアプノフ指数演算器 9 メモリ 10 比較演算器 11 データベース 12 判定器 13 判定信号 14 安定化措置判定器 15 安定化措置信号 Reference Signs List 1 core 2 neutron detector 3 local output area monitor (LPRM) signal 4 adder 5 average output area monitor (APRM) signal 6 A / D converter 7 preprocessor 8 correlation dimension / Lyapunov exponent calculator 9 memory 10 comparison operation Device 11 database 12 judgment device 13 judgment signal 14 stabilization measure judgment device 15 stabilization measure signal

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炉心内の中性子束を検出する中性子検出
器と、この中性子束検出系信号をサンプル化し、このサ
ンプル化した時系列データから相関次元およびリアプノ
フ指数を求め、上記相関次元およびリアプノフ指数の値
から変動率を求める相関次元・リアプノフ指数演算器
と、上記相関次元およびリアプノフ指数の値ならびに変
動率と予め評価された炉心安定度に対応する相関次元・
リアプノフ指数を蓄えたデータベースとを比較する比較
演算器と、この比較演算結果に基づいて必要な安定度改
善措置をとる安定化措置判定器とを備えたことを特徴と
する原子炉安定度監視装置。
A neutron detector for detecting a neutron flux in a reactor core; a neutron flux detection system signal sampled; a correlation dimension and a Lyapunov exponent determined from the sampled time-series data; A correlation dimension / Lyapunov exponent calculator for obtaining a fluctuation rate from the value of the correlation dimension and the Lyapunov exponent value, a correlation dimension corresponding to the fluctuation rate and the core stability evaluated in advance.
A reactor stability monitoring device comprising: a comparison operation unit that compares a database storing Lyapunov exponents; and a stabilization measure determination unit that takes necessary stability improvement measures based on the comparison operation result. .
【請求項2】 上記相関次元・リアプノフ指数演算器
は、相関次元の推移を逐次的に計算し、その値が1.0
へ漸次近づく過程を監視することを特徴とする請求項1
記載の原子炉安定度監視装置。
2. The correlation dimension / Lyapunov exponent calculator sequentially calculates a transition of a correlation dimension, and calculates a value of 1.0.
Monitoring the process of gradually approaching to
A reactor stability monitoring device as described in the above.
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