JPS59160213A - 異常・事故予測システム - Google Patents

異常・事故予測システム

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JPS59160213A
JPS59160213A JP58032796A JP3279683A JPS59160213A JP S59160213 A JPS59160213 A JP S59160213A JP 58032796 A JP58032796 A JP 58032796A JP 3279683 A JP3279683 A JP 3279683A JP S59160213 A JPS59160213 A JP S59160213A
Authority
JP
Japan
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time
simulator
state
model
plant
Prior art date
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Pending
Application number
JP58032796A
Other languages
English (en)
Inventor
Kosei Akiyama
秋山 孝生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS59160213A publication Critical patent/JPS59160213A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は実時間よりも早いシミュレータを用いたプラン
トの状態の予測システムに係わシ物に原子力発電所の異
常・事故状態下における対策立案に好適な異常・事故状
態の予測システムに関するものである。
〔従来技術〕
従来、シきユレータは運転員の1ill+練や、解析等
に用いられていることが多い。このときはシミュレータ
は設定した平衡状態(たとえば80チ出力。
原子炉冷却材流ji75%で平衡している)からシミュ
レータを構成するモテルの状態を設定すればよかった。
この技術は特に問題となるものではなく通常広く行なわ
れていることである。ところが、シミュレータを事故時
や予測シミュレータとして用いる目的のためには、プラ
ントの任意の状態(一般に平衡状態ではない)にシミュ
レータの状態を設定してから予測計算に入る必要がおる
。この非平衡状態のシミュレータの初期化は、適当な区
間のプラントデータから、シミュレータで用いている状
態量を推定することに相当する。
この解法としては、カルマンフィルター等を用いた状態
推定等々、制御理論を基本にしたアルゴリズムが考えら
れている。このような理論が適用できるのは応々にして
線形の簡単なシステムに対して有効でアシ、実際的な大
規模非線形システムに対しては体系的な手法は確立され
ていない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は実時間よシも早いシミュレータ(以下高
速シミュレータと略記)の使用方法を工夫することによ
って、非平衡状態からのシミュレーションの開始を実用
的に行なわせる方式を提供することにおる。
〔発明の概要〕
本発明は、非平衡状態の初期値を求めたい時点tNOW
から過去のデータを積極的にシミュレータに入力し、シ
ミュレータをtNownで走らせ、その時のシミュレー
タの状態を記憶させておくという過程と将来の状態を予
測するという過程を時間の経過と共に又互に行なわせる
ことによって柔軟なシステムの運用を得るようにしたも
のである。
〔発明の実施例〕
本発明の適用対象でろる予測システムの機能を第1図に
示す。原子力発電所におけるl故時状態予測システムを
例に説明する。
原子カプラント1は、制御盤2を介して運転員8によっ
て操作される。
データ記憶装置4は原子カプラント1及び制御盤2の状
態を時々刻々記憶する。
運転員8は制御室内にある各種計器(lI!11面表示
も含む)を監視し、その結果を見て制御盤2を操作する
。一方、予測システムは、データ記憶装置4からの過去
のプラントデータを取p込むとともに、コンソール7を
介して運転員8がらの各種の指令を受けその結果を表示
器6に示す。
運転員8は予測システム5(シミュレータが過去のプラ
ント状態を模擬している状況下でもこのように呼ぶこと
にする)と対話して、原因評価。
原因推定を行なうと共に運転法の効果をあらかじめ予測
する。
この予測システムの持つ機能を第2図にまとめる。第2
図の高速シミュレータ3oは実時間以上の速度でシミュ
レーションを行なう。たとえば沸騰水形原子カプラント
(BWR)では第3図に示す原子炉と格納容器のモデル
部分では、給水流量、主蒸気流量、再循環ポンプ流量、
非常用冷却材流量事故原因等々を入力として原子炉水位
、原子炉圧力。
燃料俸近誇の水位、tJ4洩流量、格納容器圧力等々を
算出する。さらに第4図に示す制御系、非常用冷却系、
補助冷却系が原子炉及び格納容器関連の状態量や各種起
動指令を受けて給水流量、主蒸気流量、再循環ポンプ流
量、非常用冷却材流電等々を算出する。
事故・異常原因設定機能32は、他の手段によって求め
られた事故原因、運転員の直感等を入力し、シミュレー
タで求めた結果とプラントデータが原子炉圧力、原子炉
水位、格納容器圧力、及び温度等々の状態についてどの
位似ているかを評価(たとえば差の自乗値の時間積分値
)して設定した値の妥当性を評価すること。さらにはこ
れらを自動化し、原子炉圧力と水位のシミュレータ値と
プラントデータの差の自乗値の時間積分値が最小になる
ようにシミュレータを繰り返えし走らせて、事故原因(
たとえば配管破断の大きさと場所)を探索させる。
予測条件の設定33は現状から少し先までの予測である
か、指示された運転法の効果を見るためかあるいは運転
性作成アルゴリズムと直結して先光の運転法とその効果
を予測するのか等々の運用方式を実行する機能である。
モデルの調整35はプラントデータとシミュレーション
結果の系統的な差を発見しこれをなくするようにモデル
を変更する。
シミュレーション結果の評価機能36はシミュレーショ
ン結果とプラントデータの比較、及び各樵制限条件との
関連を評価する。
シミュレーションモードの設定機能34は初期値設定機
能31と連携して、モデル入力の接続先の決定や、予測
時間と精度の関係から実時間の何倍の早さでシミュレー
ションを実行するかを決める。
初期値設定機能31は他の機能との連携動作によって次
のようにして予測のための非平衡状態の初期値を定める
捷ス、予測システムのシミュレータモデルは第5図のよ
うに接続出来る構成とする。即ち、原子炉・格納容器プ
ラント10は制御系・非常用冷却系11と相互に状態量
Xp、出力信号yP、入力信号1up及び手動信号γP
を介して接続されている。一方、′原子炉・格納容器モ
デル20の入力U/Mは、スイッチをa側にすることに
よシブラントデータ記録部13からの値を採るかあるい
はスイッチをb側にすることにより制御系・非常用冷却
系モデル21の計算値U、を採るかを選択できる。
他方、制御系・非常用冷却系モデル21への入力Y’w
は常に原子炉・格納容器モデルの計算値yMを用いる。
プラントデータ記録部13の出力V p ld Y w
と比較されるだけでモデルへの入力とはならない。同図
中αの記号は、事故原因入力を示す。又X、Jはモデル
内部の状態変数である。
BWRの場合を例としてこれらの変数を分類した1例を
第3図、第4図中に記号で示した。
第5図は、本発明の実施例で時刻t1において事故が発
生したときの原子炉水位の応答を示したものである。現
時点をC2において運転員の要求によって予測システム
が起動されたとする。予測システムは、C2以前のプラ
ントデータを分析し、明らかに事故が未だ発生していな
い平衡状態1゜を基点として定める。このとき高速シミ
ュレータのモデル式内の微係数を零に置いて得られる代
数方程式を解くこ−とによって一部に定めることが可能
である。
事故原因入力を時刻tl と共に仮定してこの初期値の
もとに時刻1.までシミュレータを走らせ、実プラント
のデータシミュレータ応答値を比較し、この両者の差が
十分小さくなるまで事故原因入力を修正する過程を、自
動的にあるいは運転員が介して行なう。
この過程をさらに第5図を用いて示すと次のようになる
。まず、高速シミュレータのモデル式は(1)〜(5)
で与えられる。
d界証 、 、 −’M (xM + ”’M * ’/’M 
+ rM * αM + t) ”’ (1)yM −
gM (’MR+ ”M + rsi l ”M + 
t)    ”’ (2)uM=lIM (、XMCI
 Y’MI 7”MI C1w、 t)   −・−(
3)ここで、XM=〔XMIl、XMc〕は高速シミュ
レータの全ての内部状態を表わす量でこのうちXMII
は原子炉・格納容器(第6図では21)に属するもの、
XMCは制御系、非常用冷却系に属するものを表わす。
時刻1.ではスイッチを全てb側に入れたモデルでaX
M/dt=o、Yw (to)=yp(to)+0m 
(C6)−up(to)なる条件を(1)〜(5)式に
入れて得られる代数方程式を解いてX(to)=x&を
決める。この機能は第2図の初期値設定機能31の一部
として行なわれる。
時刻1o、12の間はスイッチをa側に入れ(1)〜(
5)式を解く。このとき事故原因αMを入力する。
そしてyMとyp(BWRの例では原子炉圧力と原子炉
水位の差が小さくなるようにαMを自動的(9) にあるいは対話形式で修正しっ\繰返して、シミュレー
ションを実行する。この機能は第2図の事故・異常原因
設定機能32が担当する。
との過程が終了した最後の時刻t2でのシミュレータの
モデルの状態を特定の記憶領域にストアする。
以後この時刻C2以後の時刻から予測を行なう場合には
常に時刻t2まで戻ってシミュレータの初期状態を定め
て時刻tlIからシミュレータを走らせる。
以上説明した方法では、(1)〜(5)式を解く時間や
αMの修正量を求める時間が零の場合に成立するが、現
実には最初に予測しようとした時刻t2がら一定時間経
過した時刻t!においてαMが収束しく繰返しをしなく
てもすむ場合でも(1)〜(5)を解くには一定の時間
が必要である)、初めてt!で予測が可能となる。そこ
でC8を固定的に考えず、繰返し毎にto−C4の時間
が変化し、常にプラントデータも最新の時刻までの値を
使うようにすれば、αMが決定した段階で予測に移るこ
とが出(10) 来る。予測を行なう場合は、予測終了時刻t3を指定し
た上で、第5図のスイッチをb側に入れてシミュレータ
を走らせる。ここで、もし予測した値とプラント変化が
比較的よく一致したことが時刻t、で確かめられたとき
には、再びスイッチをa側に入れ、時間(12〜ts 
)のプラントデータを用いて1度シミュレータを実行し
、時刻t3でのシミュレータの内部状態を前述の記憶領
域に書き込む。そしてこの値を時刻t3以後の予測の初
期値として用いる。
他方、もしt、からの予測結果がプラントデータと比較
して好ましくない事が時刻(f  (時刻t2とt3の
間)で判明した時は予測を中止し、スイッチをa側にし
て、時間Cto −tg 〕hるいは[tz〜14 )
のプラントデータを用いて、再度シミュレーションを実
行し、時刻tτのシミュレーション結果を新らたな初期
状態としてストアする。
このように、常にプラントデータをシミュレータに取込
んでモデルの初期値を合わせたのち第5(11) 図のスイッチをa側からb側に切換えて予測するのであ
るが、この切換のときプラントとモデルの差異によって
°u、とIIMに大きな差が発生し、切換直後に急激な
応答が発生する可能性がある。この対策として制御系・
非常用冷却系21の出力uMとduM/dtの値がスイ
ッチを切換える直前のu。
とd u p / d tの値に等しくなるようにブロ
ック21に相当する(1)式の微分方程式の初期値Xw
c (12)を調整する。これは−見複雑なようである
が事故時のブロック21に相当するモデルは、簡単なも
ので十分であるから、XMc(il)をこのように決め
ることが出来る。又、この切換時点で発生する固有の誤
差は、全体のシステムが安定であれば漸次消失する性質
のものであり、その誤差の大きさは要求される予測精度
に比べて十分小さくなるようにする必要がある。
さらに運用上次のようなケースも考えられる。
第6図で1里で事故発生後、相当長時間経過してプラン
ト状態が一応落着いて来た段階の時刻t3で、初めて予
測システムに起動をかけた場合を検(12) 討する。
このときには、発生事故原因に応じて適当な時間[to
   tz)の最大値を定めておき、この区間に対して
事故原因の評価と推定の過程を繰シ返えす。しかるのち
シミュレータの時間をtzからt3まで進めt3におけ
るシミュレータ状態を次の予測の初期帥として記憶させ
る。
以上に述べた方式によって予測システムは幅広く状況に
応じて使用できる工9になった。
さらに、第5図に示すようにεア=Yp  Y′M及び
ε。−u p −u M・・・(スイッチa側に入れた
とき)なる誤差量は、それぞれプラントとモデルがどの
程度かけ離れているかという目安になる。これを運転員
に表示すれば、モデルの精度を認識するのに役立つ。
異常や事故が発生していない状況で予測システムを起動
(あるいは常時動作)させ、このε、が小さくなるよう
にモデル内部のパラメータを調整するのが第2図のモデ
ル調整機能35である。
第6図で示すように予測開始時点t2原子炉水(13) 位がプラントデータYpと異っているのは運転員の心理
的な面を考えても好ましくない(第6図中破線で示した
yMは特に要求しない限り運転員との対話用画面には表
示されない)。
そこで時刻t2におけるYpとyMの差を定常偏差分と
して別に表示し、対話用画面上では予測状態の初期値は
プラントデータと一致させる。
このように本発明によれば、プラントデータをシミュレ
ータに入力し、かつ時間軸に沿ってシミュレータを繰シ
返えしかつ連続的に走らせることによって、随時にシミ
ュレータを起動させるのではないが、実用的にむだや、
待時間の少ないシミュレータの非平衡状態からの起動が
可能となる。
なお、従来技術として説明した任意の非平衡状態におい
て随時にシミュレータの初期化を行なう方法は一般に非
線形効果が大きい収束問題を解かねにならない。
そこで本発明の方式で求められた初期値全この方法の収
束過程における初期値として用いれば、随時にシミュレ
ータを起動できるまでに要する計(14) 算時間を短縮できる。このような形で機能を結合させた
予測システムはさらに柔軟な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は予測システム全体構成図、第2図は予測システ
ムの全体機能図、第3図は沸騰水形原子カプラントの場
合の原子炉・格納容器モデル構造図、第4図は同じく制
御系・非常用冷却系モデル構造図、第5図は本発明の一
実施例の予測システムの構成図、巣6図は同じく予測シ
ステムの運用方式の時間チャート図である。 10・・・格納容器プラント、11・・・制御系・非常
用冷却系、13・・・プラントデータ記録部、21・・
・制(15) $ l 目 $3図 $4巳 2.    $5凶  /7 −80−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、実時間よりも早く、プラントの状態を評価できるシ
    ミュレータを備え、異常・事故の原因評価、原因推定お
    よび運転方法の効果をめらかじめ予IIIするシステム
    において、過去から未来に亘る時間軸を適幽な複数個の
    時間区間に分け、上記プラント・データが記録されてい
    る過去の時間区間は、上記の記録データを上記シミュレ
    ータへの入力として、シミュレーションを少なくとも1
    度行なった後、上記の過去の時間区間における最終時刻
    のシミュレータの状態を記憶装置に蓄え、上記記憶装置
    内部のシミュレータの状態を予測を行なう場合のシミュ
    レータの初期値とすることを特徴とした異常・事故予測
    システム。
JP58032796A 1983-03-02 1983-03-02 異常・事故予測システム Pending JPS59160213A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58032796A JPS59160213A (ja) 1983-03-02 1983-03-02 異常・事故予測システム

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JP58032796A JPS59160213A (ja) 1983-03-02 1983-03-02 異常・事故予測システム

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JPS59160213A true JPS59160213A (ja) 1984-09-10

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0731398A2 (en) * 1995-03-09 1996-09-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha System for and method of equivalent circuit reference type control

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0731398A2 (en) * 1995-03-09 1996-09-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha System for and method of equivalent circuit reference type control
EP0731398A3 (en) * 1995-03-09 1997-01-02 Toyota Motor Co Ltd Method and device for regulation by means of an equivalent circuit which is used as a reference
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