WO2022188895A1 - 基于通用型辅助变量法的det与relap5耦合的动态特性分析方法 - Google Patents

基于通用型辅助变量法的det与relap5耦合的动态特性分析方法 Download PDF

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WO2022188895A1
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det
relap5
simulation
time
restart
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汪良军
孙大彬
陈浩尹
夏庚磊
李磊
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哈尔滨工程大学
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Definitions

  • the invention relates to the field of nuclear power plant safety analysis, in particular to a dynamic characteristic analysis method based on a universal auxiliary variable method coupled with DET and RELAP5.
  • Traditional nuclear power plant safety analysis methods include deterministic safety analysis methods and probabilistic safety assessment methods; the deterministic safety analysis method generally adopts RELAP5 software; the probabilistic safety assessment method is based on the traditional event tree/fault tree method.
  • a single deterministic or probabilistic approach has limitations in analyzing the dynamic characteristics of nuclear power plant accidents. For example, the results of a nuclear power plant case study conducted by EDF Group show that traditional analytical methods are effective in estimating the frequency of radioactive releases due to serious accident phenomena in nuclear power plants.
  • the discrete dynamic event tree is a method that is widely used in practical engineering applications (the DDET is abbreviated as DET), and the DET method generates a series of time-dependent Dynamically changing event sequences, the system evolution path is determined by determining the branch conditions, that is, when the conditions are satisfied, it will lead to the evolution of the complex system on different branch paths, and then a series of event sequence sets are obtained to generate the DET model; After the DET model is generated, all event sequences represented by branches can be simulated using the deterministic safety analysis method, that is, deterministic analysis can be carried out; through the dynamic coupling of DET and deterministic analysis software, in addition to obtaining traditional deterministic analysis In addition to the analysis and calculation results, the possibility of the calculation and analysis results, that is, the probability of occurrence, can also be obtained, thereby providing risk-oriented decision support information for the design, operation and management of nuclear power plants.
  • DET discrete dynamic event tree
  • the discrete dynamic event tree method requires a lot of computing resources and generates a large amount of data. Automatically realize the nuclear power plant safety analysis methods, technical solutions and analysis tools that couple the DET method and the deterministic analysis software, and then realize the dynamic simulation of the accident evolution process of the nuclear power plant in a probabilistic environment, so as to obtain the safety margin characteristics of the nuclear power plant. and safety features.
  • the present invention provides a dynamic characteristic analysis method based on the general auxiliary variable method of DET and RELAP5 coupling, which is more versatile and suitable for The scope is wider. It is only necessary to distinguish whether the state transition of the DET simulation object belongs to the parametric state transition or the logical state transition; it is not necessary to distinguish between the running type or the demand type, one transition or multiple transitions, and transition conditions for the simulation objects. logical judgment relationship.
  • the present invention is achieved through the following technical solutions: a method for analyzing the dynamic characteristics of the coupling of DET and RELAP5 based on a universal auxiliary variable method, comprising the following steps:
  • step S7 the process of step S2-step S6 is repeated until the simulation time reaches the simulation task time specified by the user, and the dynamic coupling between the DET and the RELAP5 program ends.
  • the method of adding auxiliary TRIP variables simplifies the setting process and method of the DET simulation object state transition TRIP in the input file of the RELAP5 program, reduces the complexity and improves the efficiency.
  • step S1 the operation of the nuclear power plant system, equipment or personnel is used as the DET simulation object, and the state transition of the DET simulation object is controlled by the TRIP variable in RELAP5; the TRIP variable logic value is divided into true (True), false (False). ); TRIP variable space vector of DET simulation object where n is the number of DET simulation objects, and si represents the logical value of the TRIP corresponding to the i-th DET simulation object, that is,
  • step S2 the analysis object of the nuclear power plant initiation accident is determined, and the initial RELAP5 program input card file for simulating the nuclear power plant accident is programmed according to the deterministic analysis method, and the input card file includes the initial RELAP5 input file Root.i and The initial restart calculation file R 0 .i; wherein "Root" represents any file name that meets the requirements of the RELAP5 program, "R 0 " represents the file name, and ".i" represents the file type.
  • the TRIP card of the DET simulation object in the Root.i file needs to be modeled in the form of general auxiliary variables to simplify its content.
  • the RELAP5 initial restart calculation file R0.i file includes 1., the RELAP5 program restarts 103 cards; 2., the RELAP5 program time step control 201 cards; 3., the 100 cards of the RELAP5 program.
  • this step is necessary to restart and call the RELAP5 program, and the technical solution is a part of the whole.
  • step S3 and step S4 the specific method of identifying the DET branch moment when the state transition of the DET simulation object occurs is as follows:
  • Step 1 According to step S3, obtain the time information of the change of the DET simulation object state transition control TRIP variable;
  • Step 2 Determine whether there is a branch in the simulation time step; if there is no branch, update the simulation time in the initial restart file R0.i of RELAP5, and the simulation time of the time control card in the RELAP5 program input card is the simulation at the end The sum of the time and the simulation step size of the RELAP5 program, and then take the initial restart calculation file R0.i and the result file Root.r as the input, and run the RELAP5 program again;
  • Step 3 If there is a branch, obtain the minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object by parsing the result file, and then obtain the RELAP5 restart number corresponding to the RELAP5 retrospective restart information block number according to the branch rules of the DET simulation model.
  • the traditional analysis method does not need to automatically backtrack to determine the RELAP5 restart number; the RELAP5 program, as a packaged tool software, does not interact with the outside world within a simulation time step, so it can only be analyzed by analyzing each step.
  • the simulation output result is used to determine the DET branch node by the above number; this method can automatically and accurately identify the DET branch point that needs to be modified.
  • step S4 described DET retrospective restart number identification method is as follows:
  • Step (1) According to the TRIP trigger time set obtained at the DET branch moment, identify the minimum trigger time TRIPTimemin and the corresponding TRIP number of TRIPTimemin, compare and select the DET simulation object state transfer of the minimum TRIPNummin in the TRIP number corresponding to TRIPTimemin to branch;
  • Step (2) judge whether the DET simulation object corresponding to TRIPTimemin is a single state transition type, if so, execute step (4); otherwise, execute step (3);
  • Step (3) The DET simulation object of this simulation step may undergo multiple state transitions, parse all the Restart information block information in the Root.o file, compare and obtain the minimum state transition time of the DET branch simulation object of this step, and Assign the value to TRIPTimemin, and then perform step (4);
  • Step (4) Replace the corresponding elements in ⁇ TRIPT1, TRIPT 2, ..., TRIPT N ⁇ with TRIPTimemin, and then perform step (5).
  • Step (5) Calculate the DET backtracking restart information block number BloNum.
  • the moment when the state transition of the DET simulation object occurs can be automatically and accurately identified.
  • BloNum is calculated using the following formula:
  • BloNum The number of the RELAP5 retroactive restart information block calculated according to the minimum TRIP trigger time TRIPTimemin of the state transition of the DET simulation object;
  • CpuTimemax The maximum simulation step time of the CPU in the time control card in the RELAP5 program input card
  • ResFre The restart frequency of the time control card in the RELAP5 program input card
  • TRIPTimemin The minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object in the calculation result of the current RELAP5 simulation step size
  • ⁇ t The time interval between two restart information blocks in the time control card in the RELAP5 program input card.
  • the RELAP5 restart time can be determined automatically and accurately according to the time when the state transition of the DET simulation object occurs.
  • step S3 the update method of the described RELAP5 restart file is to end at each RELAP5 simulation step size, and needs to update the restart file according to the following two types of situations: 1., DET branch does not exist DET simulation object state transfer; 2, DET branch exists DET simulation object state transition.
  • the RELAP5 restart file update method is as follows:
  • Step 1 Update the restart number of the first digit of the 103 card in the current node RELAP5 restart file to the last restart number ResNumLast in the simulation result *.o file of this simulation step;
  • Step 2 Update the simulation end time SimTime of the first bit of the time control card in 201 in the current node RELAP5 restart file according to the following formula;
  • SimTime the simulation time of the time control card in the RELAP5 program input card, that is, the simulation time when the current node ends
  • ⁇ T the simulation step size of each RELAP5 program.
  • the simulation step size of RELAP5 can be conveniently controlled by setting ⁇ T by the user, and it is possible to dynamically adjust the step size to further improve the calculation efficiency.
  • the method is to identify the transition of the DET state object within each ⁇ T step. If the system runs smoothly and no state transition is expected, the ⁇ T can be dynamically set to be longer to reduce the time for RELAP5 to stop, call and parse the output file. , to improve overall operating efficiency.
  • the RELAP5 restart file update method is as follows:
  • Step 1 Update the restart number of the first digit of the 103 card in the current node RELAP5 restart file *.i to ResNum;
  • Step 2 Update the simulation end time SimTime of the first bit of the time control card of 201 in the current node RELAP5 restart file *.i according to the following formula:
  • INT[] rounding function
  • TRIPTimemin the minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object in the calculation result of the current RELAP5 simulation step size
  • ⁇ t the time of two restart information blocks in the time control card in the RELAP5 program input card Interval
  • ⁇ T simulation step size of each RELAP5 program
  • Step 3 Classify and update the DET simulation object state transition control TRIP information.
  • the next step of RELAP5 simulation step size is automatically and dynamically determined according to the restart time.
  • the present invention has the following advantages:
  • the present invention provides a nuclear power plant accident realization analysis method with dynamic coupling of determinism and probability theory, which makes up for the traditional safety analysis method in the process of dealing with nuclear power plant accidents.
  • the coupling effect of random failure of operators and the dynamic process of nuclear power plants is improved, the efficiency of coupling analysis is improved, the dependence on the experience and judgment of analysts is reduced, and the analysis results tend to be realistic;
  • the present invention can automatically obtain a large number of nuclear power plant accident simulation results, thereby obtaining the safety characteristics under the accident condition of the nuclear power plant, providing support for the decision support for the design, operation and management of the nuclear power plant based on risk guidance, and optimizing the design of the nuclear power plant. , operation and management, and ultimately improve the safety and economy of nuclear power plants;
  • the discrete dynamic event tree method in the present invention is widely used in dynamic probabilistic safety analysis, and the RELAP5 program is a commercial software widely used in the field of nuclear safety analysis of nuclear power plants, which is easy to be accepted by nuclear power engineers and application personnel, and is conducive to practical popularization and application;
  • This method has wide applicability, and can simulate most NPP systems, equipment, and personnel operating state transitions and system process parameter changes in the process of nuclear power plant accident analysis;
  • This method is versatile and strong, and can be used for dynamic performance analysis of nuclear power plant accidents and transients, as well as performance analysis of other complex systems that can be simulated by RELAP5.
  • Fig. 1 is the structural representation of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram of the structure of the DET model of the state evolution of a nuclear power plant
  • Fig. 3 is a schematic diagram of dynamic coupling between DET and RELAP5 program
  • Fig. 5 is a schematic diagram of multiple state transitions of DET simulation objects
  • the dynamic characteristic analysis method of DET and RELAP5 coupling based on the general auxiliary variable method, as shown in Figure 1, includes the following steps:
  • step S7 the process of step S2-step S6 is repeated until the simulation time reaches the simulation task time specified by the user, and the dynamic coupling between the DET and the RELAP5 program ends.
  • step S1 is as follows:
  • each node in the figure represents a specific state S i of the nuclear power plant composed of the state combination of the DET simulation object, wherein the root node represents the initial state S 0 of the nuclear power plant during the dynamic coupling simulation of DET and RELAP5, and the intermediate node represents The combination of different states of nuclear power plant systems and equipment, the terminal node represents a predefined absorption termination state of the nuclear power plant, such as the nuclear power plant core damage or stable state;
  • the DET simulation object state transition only has two states: state transition success and state transition failure.
  • the new branch generated by the parent node corresponding to the DET model will evolve into a successful node and a failed node.
  • the upper node represents the successful node, and the node encoding method is "parent node name-1; the lower node represents the transfer failed node, and the node encoding method is "parent node name-2"; the terminal node represents the termination of the coupling between DET and RELAP5, and the node name encoding method is "parent node name-f", and the system evolution process from parent node to child node is calculated by 1 or more simulation steps of the RELAP5 program.
  • step S2-step S7 is as follows:
  • BloNum The number of the RELAP5 retroactive restart information block calculated according to the minimum TRIP trigger time TRIPTimemin of the state transition of the DET simulation object;
  • CpuTimemax The maximum simulation step time of the CPU in the time control card in the RELAP5 program input card
  • ResFre The restart frequency of the time control card in the RELAP5 program input card
  • ResNum The RELAP5 restart number corresponding to the RELAP5 retrospective restart information block number BloNum;
  • SimTime The simulation time of the time control card in the RELAP5 program input card, that is, the simulation time at the end of the current node;
  • TaskTime The task time of the coupled simulation of DET and RELAP5 is also the simulation termination time of the final termination of the RELAP5 simulation;
  • TRIPTimemin The minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object in the calculation result of the current RELAP5 simulation step size
  • ResNumLast The last restart number in the current RELAP5 simulation step calculation result file
  • ⁇ t The restart frequency in the time control card in the RELAP5 program input card
  • ⁇ T The simulation step size of each RELAP5 program.
  • Step 1 Write DET and RELAP5 coupling simulation accident analysis input file Root.i and initial restart file R0.i file;
  • Step 2 According to the state transition type of the DET simulation object, modify the TRIP information in Root.i by adding auxiliary variables to form a new Root.i input file;
  • Step 4 After the RELAP5 simulation step is over, the generated result files are Root.o and Root.r respectively; analyze the time information of the DET simulation object state control TRIP variable change in the Root.o file;
  • Step 6 If there is a branch, obtain the DET simulation object state transition TRIP trigger minimum time TRIPTimemin by parsing the Root.o file, and then obtain the RELAP5 program backtracking restart number ResNum according to the rules;
  • Step 7 According to the state transition category of the DET simulation object, update R0.i, respectively generate the DET successful branch RELAP5 and then start the input file Root-1.i and the DET failure branch RELAP5 and then start the input file Root-2.i;
  • Step 8 Take the successful branch restart file and the failed branch restart file, such as Root-1.i and Root-2.i, and the Root.r file calculated by the current node RELAP5 as input, respectively run RELAP5, RELAP5
  • the node output file names are updated according to the rules, such as Root-1-1.i and Root-1-1.o, etc.;
  • Step 9 Loop the process from Step 2 to Step 8 until the node's RELAP5 simulation time SimTime reaches the simulation task time TaskTime or reaches other termination conditions of RELAP5.
  • the first step determine the analysis object of the initial accident of the nuclear power plant, and program the input card file of the initial RELAP5 program to simulate the accident of the nuclear power plant according to the deterministic analysis method, wherein the input card file includes the initial RELAP5 input file Root.i and the initial restart calculation file R0.i; where "Root" represents any file name that meets the requirements of the RELAP5 program, "R0" represents the file name, and ".i” represents the file type; and the initiating accident RELAP5 simulation model requires
  • the debugging is stable, and the typical accident sequence analysis results are in line with expectations; after the Root.i debugging is stable, the first data bit of the 201 time control card in the Root.i input card is initialized to ⁇ T.
  • the RELAP5 initial restart calculation file R0.i file includes 1, RELAP5 program restart 103 cards; 2, RELAP5 program time step control 201 cards; 3, RELAP5 program 100 cards; 2 Combining the first DET branch of the root node in Figure 3 as an example:
  • Step 1 Obtain the time information of the state transition control TRIP variable change of the DET simulation object according to the third step;
  • the second step judge whether there is a branch in the simulation time step; if there is no branch, update the simulation time in the initial restart file R0.i of RELAP5, and the simulation time of the time control card in the RELAP5 program input card is the simulation at the end The sum of the time and the simulation step size of the RELAP5 program, and then take the initial restart calculation file R0.i and the result file Root.r as the input, and run the RELAP5 program again;
  • Step 3 If there is a branch, obtain the minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object by parsing the result file, and then obtain the RELAP5 restart number corresponding to the RELAP5 backtracking restart information block number according to the branching rules of the DET simulation model.
  • Step (1) Initialize the DET simulation object state transition TRIP trigger time set variables ⁇ TRIPT1, TRIPT 2, ..., TRIPT N ⁇ and the current node TRIP trigger event set variables ⁇ NowTRIPT1, NowTRIPT 2, ..., NowTRIPT N ⁇ , each The trigger time is "-1".
  • N represents the number of TRIP logic related to the state transition of the DET simulation object;
  • Step (2) Open the *.o file output by RELAP5, extract the trigger time of all TRIP numbers related to the state transition of the DET simulation object in the last Restart information module in the output file Root.o, and obtain the current simulation step size DET Simulation object state transition TRIP trigger time set ⁇ NowTRIPT1, NowTRIPT 2, ..., NowTRIPT N ⁇ ;
  • Step (3) Compare the elements of ⁇ TRIPT1, TRIPT 2, ..., TRIPT N ⁇ and ⁇ NowTRIPT1, NowTRIPT 2, ..., NowTRIPTN ⁇ one by one, and obtain the information set ⁇ NowTRIPTi ⁇ of TRIP trigger time change, where i ⁇ ( 1, N); if ⁇ NowTRIPTi ⁇ is empty, the state transition of the DET simulation object does not occur in this step, and there is no DET branch, and the recognition of the DET branch in this step simulation ends. If ⁇ NowTRIPTi ⁇ is not empty, there is a DET simulation object state transition process in this step simulation, there is a DET branch, and this step DET branch identification ends.
  • the general-purpose auxiliary TRIP variable is set in the following manner; specifically, the general-purpose auxiliary TRIP variable is divided into parameter-type and logic-type state transfer objects of DET and RELAP5 coupling methods, and they are respectively
  • the specific setting methods of single state transition and multiple state transition are as follows:
  • CC1 controls the judgment logic 1 of the state transition of the DET simulation object
  • CC1 The TRIP logic that satisfies independence in the input file of the initial RELAP5 and controls the normal demand state transition of the DET simulation object set according to the accident characteristics of the nuclear power plant. In the present invention, it is discussed that when the initial logic value of CC1 is "false” and "true", the different state transition rules shown above are satisfied under different initial state conditions.
  • the logic state transfer assists the TRIP card to modify the settings as shown in the figure below.
  • Auxiliary variable 799Trip 799 original CC1TRIP logic (798 card is used when 799 is used, and so on)
  • CC1 The TRIP logic that the controlled DET simulation object can perform one state transition, when the TRIP state transition signal is detected, the first state transition rule above is executed when the initial state is True, and the execution is performed when the initial state is False In the second state transition rule above, after the state transitions, its value will not change.
  • the CC1 logic after the state transition is reset to the control logic before the transition, and multiple state transitions of CC1 can be realized by waiting for the subsequent branch signal to continue executing the above branching rules.
  • Step (1) According to the TRIP trigger time set obtained at the DET branch moment, identify the minimum trigger time TRIPTimemin and the corresponding TRIP number of TRIPTimemin, compare and select the DET simulation object state transfer of the minimum TRIPNummin in the TRIP number corresponding to TRIPTimemin to branch;
  • Step (2) judge whether the DET simulation object corresponding to TRIPTimemin is a single state transition type, if so, execute step (4); otherwise, execute step (3);
  • Step (3) The DET simulation object of this simulation step may undergo multiple state transitions, parse all the Restart information block information in the Root.o file, compare and obtain the minimum state transition time of the DET branch simulation object of this step, and Assign the value to TRIPTimemin, and then perform step (4);
  • Step (4) Replace the corresponding elements in ⁇ TRIPT1, TRIPT 2, ..., TRIPT N ⁇ with TRIPTimemin, and then perform step (5).
  • Step (5) Calculate the DET backtracking restart information block number BloNum.
  • BloNum The number of the RELAP5 retroactive restart information block calculated according to the minimum TRIP trigger time TRIPTimemin of the state transition of the DET simulation object;
  • CpuTimemax The maximum simulation step time of the CPU in the time control card in the RELAP5 program input card
  • ResFre The restart frequency of the time control card in the RELAP5 program input card
  • TRIPTimemin The minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object in the calculation result of the current RELAP5 simulation step size
  • ⁇ t The time interval between two restart information blocks in the time control card in the RELAP5 program input card.
  • the state transition time of the DET simulation object is smaller than that of the DET simulation object, and the latest RELAP5 information block number BloNum; through the analysis of the RELAP5 output file Root.
  • the RELAP5 corresponding to BloNum calculates the required restart number ResNum; use ResNum to update the restart number in the RELAP5 restart card, combined with the r file of the current node RELAP5, such as Root.r in Figure 3, can be at the time corresponding to ResNum Click to continue running the RELAP5 simulation.
  • the update method of the RELAP5 restart file is that at the end of each RELAP5 simulation step, the restart file needs to be updated according to the following two situations: 1. There is no DET simulation object in the DET branch State transition; 2, DET branch exists DET simulation object state transition.
  • the RELAP5 restart file update method is as follows:
  • Step 1 Update the restart number of the first digit of the 103 card in the current node RELAP5 restart file to the last restart number ResNumLast in the simulation result *.o file of this simulation step;
  • Step 2 Update the simulation end time SimTime of the first bit of the time control card in 201 in the current node RELAP5 restart file according to the following formula;
  • SimTime the simulation time of the time control card in the RELAP5 program input card, that is, the simulation time when the current node ends
  • ⁇ T the simulation step size of each RELAP5 program.
  • the RELAP5 restart file update method is as follows:
  • Step 1 Update the restart number of the first digit of the 103 card in the current node RELAP5 restart file *.i to ResNum;
  • Step 2 Update the simulation end time SimTime of the first bit of the time control card of 201 in the current node RELAP5 restart file *.i according to the following formula:
  • INT[] rounding function
  • TRIPTimemin the minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object in the calculation result of the current RELAP5 simulation step size
  • ⁇ t the time of two restart information blocks in the time control card in the RELAP5 program input card Interval
  • ⁇ T simulation step size of each RELAP5 program
  • Step 3 Classify and update the DET simulation object state transition control TRIP information.
  • the general-purpose TRIP variables are variable or logical variable settings.
  • the specific settings are as follows:
  • CC1 controls the judgment logic 1 of the state transition of the DET simulation object
  • CC1 is the TRIP number of the initial DET simulation object state transition control.
  • CC1 is the TRIP number of the initial DET simulation object state transition control.
  • the state transition control TRIP of the DET simulation object is of the logical type, the TRIP information is updated as follows:
  • TRIP 598 time 0 ge null 0 0.0 n
  • Auxiliary variable 799TRIP 799 original CC1TRIP logic (798 card is used when 799 is used, and so on)
  • CC1 is the TRIP number of the initial DET simulation object state transition control
  • CC1 is the TRIP number of the initial DET simulation object state transition control
  • CCT 598
  • 590(CCF) is the number of a logical TRIP in the RELAP5 software. It is an additional auxiliary variable added to facilitate the dynamic coupling between DET and the RELAP5 program. Its logic refers to "false" forever. In the actual application process, the logical variable number that meets the requirements of uniqueness and independence can be used according to the requirements of the RELAP5 program; it can also be replaced by a CCT or CCF.
  • BloNum The number of the RELAP5 retrospective restart information block calculated according to the minimum TRIP trigger time TRIPTimemin of the state transition of the DET simulation object, the initial value is 0;
  • CpuTimemax The maximum simulation step time of the CPU in the time control card in the RELAP5 program input card, the initial value is user-defined;
  • ErrNum RELAP5 abnormal termination count, the initial value is 0;
  • MT The state transition task time of the running state transition DET simulation object, the number of required task time random variables is determined according to the number of running state transition objects involved, and each task time is randomly assigned according to the user-defined discrete method. Discrete variables to obtain discrete task time series;
  • ResFre The restart frequency of the time control card in the RELAP5 program input card, user-defined
  • ResNum The RELAP5 restart number corresponding to the RELAP5 retrospective restart information block number BloNum, the initial value is 0;
  • SimTime The simulation time of the time control card in the RELAP5 program input card, that is, the simulation time at the end of the current node, the initial value is ⁇ T;
  • TaskTime The task time of the coupled simulation of DET and RELAP5 is also the simulation termination time of the final termination of the RELAP5 simulation.
  • the initial value is user-defined;
  • TRIPTimemin The minimum TRIP trigger time of the state transition of the DET simulation object in the calculation result of the current RELAP5 simulation step size, the initial value is 0;
  • ResNumLast The last restart number in the current RELAP5 simulation step size calculation result file, the initial value is 0;
  • ⁇ t The restart frequency in the time control card in the RELAP5 program input card, the initial value is user-defined
  • ⁇ T The simulation step size of each RELAP5 program, the initial value is user-defined.
  • Step 1 Put the initial RELAP5 input file Root.i and the initial restart file R0.i of the DET root node into the calculation queue as a pair of files;
  • Step 2 Determine whether there is a RELAP input file in the calculation queue. If there is a RELAP5 input file, select a RELAP5 input file as the input of the RELAP5 program according to the principle of "last in first out", assuming the file name is *.i, run the REALP5 simulation, and obtain the RELAP5 output results *.o and *.r ; If there is no RELAP5 input file in the calculation queue, perform step 5;
  • Step 3 Using *.o as input, use the DET branch discrimination method to determine whether there is a DET branch. If there is no DET branch, according to the category without DET branch, update the restart file *.i of the previous RELAP5 simulation step corresponding to *.o.
  • the restart file corresponding to the root node Root.i is the initial R0.i; other restart file names are consistent with the current simulation step size RELAP5 input file name; the updated restart file *.i and the corresponding RELAP5
  • the r file *.r file is put into the calculation queue as a calculation case; then step 2 is executed;
  • step 4 If there is a branch, go to step 4.
  • Step 4 According to the DET simulation object category, according to the restart file update method, generate the restart files of the DET successful branch and the failed branch, named *-1.i and *-2.i respectively, and respectively with the r file of REALP5 *.r forms two calculation cases into the calculation queue, and then executes step 2;
  • Step 5 Each DET branch reaches the simulation task time specified by the user or the RELAP5 simulation termination condition, and the dynamic coupling between DET and the RELAP5 program ends;
  • nuclear power plants with different branch sequences can be extracted by analyzing the input files of each branch node and terminal node; nuclear power plants can be obtained through statistical analysis, cluster analysis, etc. plant safety features, etc.

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Abstract

本发明公开了基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，包括以下步骤：构建离散动态事件树的DET仿真模型，根据DET仿真对象状态转移类型，通过增加通用型辅助TRIP变量的方式，修改输入文件TRIP卡；通用型辅助TRIP变量为变量型或逻辑型；通过设定RELAP5程序的仿真时间，控制仿真时间步长，解析RELAP5程序每个仿真步长的输出结果文件；根据DET仿真对象状态转移类型，回溯执行RELAP5程序。本发明具有的优点是简化了DET与RELAP5程序耦合需要的RELAP5程序输入文件中DET状态转移对象TRIP的设定流程和方法，减小了建模复杂度，提高了建模效率。

Description

基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法 技术领域
本发明涉及一种核电厂安全分析领域，尤其涉及基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法。
背景技术
传统的核电厂安全分析方法包括确定论安全分析方法和概率安全评价方法两种；其中确定论安全分析方法普遍采用RELAP5软件；概率安全评价方法基于传统事件树/故障树方法。单一的确定论或概率论方法在分析核电厂事故动态特性上存在局限性，例如法国电力集团开展的核电厂案例分析结果表明，传统的分析方法在估计由于核电厂严重事故现象导致的放射性释放频率上相当保守；因此，为了实现对复杂系统演化过程中的硬件/软件/流程/人类行为之间可能的复杂交互模型进行显式建模，进而发展了动态事件树方法；而且动态事件树方法与传统分析方法的主要不同之处在于核电厂事故物理进程由核电厂系统动态仿真演化结果驱动，减少了对分析人员经验的依赖，同时减少了不必要的保守的工程判断。
目前，离散动态事件树(DDET)是动态事件树方法在实际工程应用中应用较为广泛的一种方法(以下除特殊说明，DDET简称DET)，DET方法根据其有效的分支规则生成一系列含时间动态变化的事件序列，具体通过确定分支条件的方式确定系统演化路径，即当条件满足时，就会导致复杂系统在不同分支路径上的演化，进而得到一系列事件序列集用以生成DET模型；DET模型生成后，所有由分支表示的事件序列都可以利用确定论安全分析方法进行仿真模拟，也即可开展确定论分析；通过DET与确定论分析软件的动态耦合，除了可以获得传统的确定论分析计算结果之外，还可获得计算分析结果的可能性也就是发生概率，进而为核电厂的设计、运行及管理提供风险指引型的决策支持信息。
传统地，基于核电厂确定论安全分析，离散动态事件树方法需要大量的计算资源并产生大量的数据，基于传统的分析人员手动设置分析边界条件的方法不能实现上述需求，因此，发展一种可自动实现DET方法与确定论分析软件耦合的核电厂安全分析方法、技术方案和分析工具，进而实现在概率的环境下对核电厂的事故演化过程进行动态模拟，以获得核电厂的安全裕度特性以及安全性能。
发明内容
为了解决上述问题，克服传统的核电厂单一的确定论安全分析和概率安全评价的不足，本发明提供了基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，通用性更强，适用范围更广，只需要区分DET仿真对象状态转移属于参数型状态转移还是逻辑性状态转移两种即可；不需要在对仿真对象区分运行型还是需求型，一次转移还是多次转移，以及转移条件的逻辑判断关系。
本发明是通过以下技术方案实现的：基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，包括以下步骤：
S1、构建离散动态事件树的DET仿真模型，根据DET仿真对象状态转移类型，通过增加通用型辅助TRIP变量的方式，修改输入文件的TRIP卡；其中通用型辅助TRIP变量为变量型或逻辑型；
S2、确定DET仿真对象应用于RELAP5程序的仿真时间和仿真时间步长，并运行RELAP5程序；
S3、根据RELAP5程序输出仿真时间步长的结果文件，解析结果文件获取DET仿真对象状态转移控制TRIP变量变化的时间信息；
S4、识别DET仿真对象状态转移发生的DET分支时刻，并依据DET仿真模型的分支规则获取RELAP5程序回溯再启动的RELAP5再启动号；
S5、确定DET仿真对象状态转移类型，更新RELAP5程序计算的再启动输入文件，并生成用于DET成功分支和失败分支的RELAP5程序计算的再启动输入文件；
S6、依据DET分支时刻确定RELAP5程序回溯再启动时间，并以更新后的成功和失败再启动文件为输入，结合当前仿真步长RELAP5计算结果文件，回溯执行RELAP5程序，完成DET成功分支和失败分支的下一个仿真步长的模拟；
S7、循环步骤S2-步骤S6的过程，一直到仿真时间达到用户指定的仿真任务时间，DET与RELAP5程序的动态耦合结束。
通过上述技术方案，通过增加辅助TRIP变量的方法，简化了RELAP5程序输入文件中，DET仿真对象状态转移TRIP的设定流程和方法，降低了复杂性，提高了效率。
进一步地，在步骤S1中，以核电厂系统、设备或人员操作作为DET仿真对象，DET仿真对象的状态转移通过RELAP5中的TRIP变量控制；TRIP变量逻辑值分为真(True)，假(False)；DET仿真对象的TRIP变量空间向量
Figure PCTCN2022088183-appb-000001
其中n为DET仿真对象数量，si代表第i个DET仿真对象对应的TRIP的逻辑值，即
Figure PCTCN2022088183-appb-000002
进一步地，在步骤S2中，确定核电厂始发事故的分析对象，按照确定论分析方法编程模拟核电厂事故的初始RELAP5程序输入卡文件，所述输入卡文件包括初始RELAP5输入文件Root.i和初始再启动计算文件R 0.i；其中“Root”代表符合RELAP5程序要求的任意文件名，“R 0”代表文件名，“.i”代表文件类型。
通过上述技术方案，该部分是RELAP5与DET耦合所必需的部分，Root.i文件中的DET仿真对象的TRIP卡需要按通用型辅助变量方式建模，使其内容上简化。
进一步地，在步骤S2中，所述RELAP5初始再启动计算文件R0.i文件包括①、RELAP5程序再启动103卡；②、RELAP5程序时间步长控制201卡；③、RELAP5程序的100卡。
通过上述技术方案，该步骤是重启调用RELAP5程序必须的，该技术方案作为整体的一部分。
进一步地，在步骤S3和步骤S4中，识别DET仿真对象状态转移发生的DET分支时刻的具体方法如下：
第1步：根据步骤S3获得DET仿真对象状态转移控制TRIP变量变化的时间信息；
第2步：判断仿真时间步长是否存在分支；若不存在分支，则更新RELAP5初始的再启动文件R 0.i中的仿真时间，RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间为结束时仿真时间与RELAP5程序的仿真步长之和，然后以初始再启动计算文件R0.i和结果文件Root.r为输入，再次运行RELAP5程序；
第3步：若存在分支，则通过解析结果文件获得DET仿真对象状态转移TRIP触发最小时间，然后根据DET仿真模型的分支规则获得与其RELAP5回溯再启动信息块编号对应的RELAP5再启动号。
通过上述技术方案，传统分析方法中不需要自动回溯确定RELAP5再启动号；RELAP5程序作为封装的工具软件，在一个仿真时间步长内是不对外交互的，因此只能通过解析每一个步长的仿真输出结果，利用上述编号确定DET分支节点；该方法可以自动准确识别需要修改的DET分支点。
进一步地，在步骤S4中，所述DET回溯再启动号识别方法如下：
第(1)步：根据DET分支时刻获取的TRIP触发时间集合，识别其中最小触发时间TRIPTimemin以及TRIPTimemin对应TRIP号，比较并选择TRIPTimemin对应的TRIP号中最小TRIPNummin的DET仿真对象状态转移进行分支；
第(2)步：判断TRIPTimemin对应的DET仿真对象是否为单次状态转移类型，若是则执行第(4)步；否则执行第(3)步；
第(3)步：本仿真步长DET仿真对象可能发生多次状态转移，解析Root.o文件中所有的Restart信息块信息，比较获得其中本步长DET分支仿真对象最小的状态转移时刻，并赋值给TRIPTimemin，然后执行第(4)步；
第(4)步：将TRIPTimemin替换{TRIPT1，TRIPT 2，…,TRIPT N}中对应的元素，然后执行第(5)步。
第(5)步：计算DET回溯再启动信息块编号BloNum。
通过上述技术方案，可以自动、准确识别DET仿真对象状态转移发生的时刻。
更进一步地，所述BloNum是利用下述公式计算：
Δt＝CpuTime max×ResFre
Figure PCTCN2022088183-appb-000003
其中：
BloNum：根据DET仿真对象状态转移的最小TRIP触发时间TRIPTimemin计算的RELAP5回溯再启动信息块编号；
CpuTimemax：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的CPU最大仿真步长时间；
INT[]：取整函数；
ResFre：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的再启动频率；
TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；
△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中两个再启动信息块的时间间隔。
通过上述技术方案，可以自动、准确的根据DET仿真对象状态转移发生的时刻确定RELAP5再启动时刻。
进一步地，在步骤S3中，所述RELAP5再启动文件的更新方法是在每个RELAP5仿真步长结束，需要按照以下两类情况更新再启动文件：①、DET分支不存在DET仿真对象状态转移；②、DET分支存在DET仿真对象状态转移。
通过上述技术方案，其属于实际物理过程，按DET状态是否转移划分，结果就存在这两种可能，即成功和失效，不考虑部分成功的中间状态。
更进一步地，针对DET分支不存在DET仿真对象状态转移，RELAP5再启动文件更新方法如下：
第1步：将当前节点RELAP5再启动文件中103卡第1位的再启动号更新为本次仿真步长仿真结果*.o文件中最后一个再启动编号ResNumLast；
第2步：将当前节点RELAP5再启动文件中201的时间控制卡第1位的仿真结束时间SimTime按下列公式更新；
SimTime＝SimTime+ΔT
其中：SimTime：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间，也即当前节点结束时的仿真时间；△T：每次RELAP5程序的仿真步长。
通过上述技术方案，通过用户设置△T，可以方便控制RELAP5的仿真步长，并具备动态调整步长，进一步提高计算效率的可能。方法中是在每一个△T步长内识别DET状态对象转移，若客观上系统运行平稳，预计没有状态转移，则△T可以动态设定长一些，减少RELAP5停止、调用以及解析输出文件的时间，整体上提高运行效率。
更进一步地，针对DET分支存在DET仿真对象状态转移，RELAP5再启动文件更新方法如下：
第1步：将当前节点RELAP5再启动文件*.i中103卡第1位的再启动号更新为ResNum；
第2步：将当前节点RELAP5再启动文件*.i中的201的时间控制卡第1位的仿真结束时间SimTime按下列公式进行更新：
Figure PCTCN2022088183-appb-000004
其中：INT[]：取整函数；TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中两个再启动信息块的时间间隔；△T：每次RELAP5程序的仿真步长；
第3步：分类更新DET仿真对象状态转移控制TRIP信息。
通过上述技术方案，自动根据再启动时间自动动态确定下一步RELAP5仿真步长。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明基于离散动态事件树方法和RELAP5程序，给出了一种确定论与概率论动态耦合的核电厂事故实现分析方法，弥补传统安全分析方法在处理核电厂事故过程中系统、设备和操纵人员随机失效与核电厂动态过程耦合影响的不足，提高了耦合分析效率，减少对分析人员经验和判断的依赖，分析结果趋于现实；
(2)本发明可自动获得大量的核电厂事故仿真结果，从而获得核电厂事故工况下的安全特性，为基于风险指引的核电厂设计、运行和管理决策支持提供了支撑，优化核电厂设计、运行和管理，最终提高核电厂的安全性和经济性；
(3)本发明中的离散动态事件树方法在动态概率安全分析中普遍使用，RELAP5程序核电厂核安全分析领域广泛使用的商业软件，便于被核电工程和应用人员接受，有利于现实推广应用；
(4)本方法适用性广，可模拟核电厂事故分析过程中绝大多数核电厂系统、设备、人员操作状态转移、系统过程参数变化过程；
(5)本方法通用型强，可用于核电厂事故及瞬态的动态性能分析，也适用于可以利用RELAP5进行仿真模拟的其他复杂系统的性能分析。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是核电厂状态演化的DET模型结构示意图；
图3是DET与RELAP5程序动态耦合示意图；
图4是DET仿真对象单次状态转移示意图；
图5是DET仿真对象多次状态转移示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、构建离散动态事件树的DET仿真模型，根据DET仿真对象状态转移类型，通过增加通用型辅助TRIP变量的方式，修改输入文件的TRIP卡；其中通用型辅助TRIP变量为变量型或逻辑型；
S2、确定DET仿真对象应用于RELAP5程序的仿真时间和仿真时间步长，并运行RELAP5程序；
S3、根据RELAP5程序输出仿真时间步长的结果文件，解析结果文件获取DET仿真对象状态转移控制TRIP变量变化的时间信息；
S4、识别DET仿真对象状态转移发生的DET分支时刻，并依据DET仿真模型的分支规则获取RELAP5程序回溯再启动的RELAP5再启动号；
S5、确定DET仿真对象状态转移类型，更新RELAP5程序计算的再启动输入文件，并生成用于DET成功分支和失败分支的RELAP5程序计算的再启动输入文件；
S6、依据DET分支时刻确定RELAP5程序回溯再启动时间，并以更新后的成功和失败再启动文件为输入，结合当前仿真步长RELAP5计算结果文件，回溯执行RELAP5程序，完成DET成功分支和失败分支的下一个仿真步长的模拟；
S7、循环步骤S2-步骤S6的过程，一直到仿真时间达到用户指定的仿真任务时间，DET与RELAP5程序的动态耦合结束。
基于上述技术方案，步骤S1的具体实现原理如下：
首先以需要仿真模拟的核电厂系统、设备或人员操作为DET仿真对象，然后根据DET分析方法进行下列分析：
如图2所示，图中每个节点代表由DET仿真对象状态组合构成的一个核电厂特定状态S i，其中根节点代表DET与RELAP5动态耦合仿真时核电厂的初始状态S 0，中间节点代表核电厂系统、设备不同状态的组合，终节点代表预先定义的核电厂某一个吸收终止状态，如达到核电厂堆芯损毁或稳定状态；
DET与RELAP5动态耦合时将从根节点开始，随着时间变化，DET仿真对象状态将发生随机性转移；在达到预设的分支规则时，从该时刻产生的“分支”代表仿真对象的一次状态转移；且从父节点到子节点代表仿真对象的一次状态转移；
当DET仿真对象状态转移触发条件满足时，DET仿真对象状态转移仅存在状态转移成功和状态转移失败的两种状态，父节点对应DET模型产生的新的分支将演化为成功节点和失败节点，其中上节点代表成功节点，节点编码方式是“父节点名-1；下节点代表转移失败节点，节点编码方式是“父节点名称-2”；终节点代表DET与RELAP5耦合的终止，节点名称编码方式是“父节点名称-f”，并且从父节点到子节点之间的系统演化过程由RELAP5程序的1个或多个仿真步长计算。
在上述方案的基础上，如图2所示，当DET与RELAP5程序耦合时，就是在每个节点之间进行计算；与传统的事件树方法不同，DET中节点分支发生的时间是由RELAP5仿真的物理过程决定的，减小了传统方法中对分析人员经验依赖或保守的工程判断。
实施例
基于上述技术方案，步骤S2-步骤S7的具体实现过程如下：
如图3所示，针对图中所示符号定义如下：
BloNum：根据DET仿真对象状态转移的最小TRIP触发时间TRIPTimemin计算的RELAP5回溯再启动信息块编号；
CpuTimemax：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的CPU最大仿真步长时间；
ErrNum：RELAP5异常终止计数；
MT：运行型状态转移DET仿真对象的状态转移任务时间；
NorNum：RELAP5正常时间终止计数；
ResFre：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的再启动频率；
ResNum：与RELAP5回溯重启信息块编号BloNum对应的RELAP5再启动号；
SimTime：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间，也即当前节点结束时的仿真时间；
TaskTime：DET与RELAP5耦合仿真的任务时间，也是RELAP5仿真最终终止的仿真终止时间；
TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；
ResNumLast：当前RELAP5仿真步长计算结果文件中最后一个再启动编号；
△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的重启频率；
△T：每次RELAP5程序的仿真步长。
结合图3说明DET与RELAP5程序动态耦合的总体过程如下：
第1步：编写DET与RELAP5耦合仿真事故分析输入文件Root.i和初始再启动文件R0.i文件；
第2步：根据DET仿真对象状态转移类型，通过增加辅助变量的方法，修改Root.i中的TRIP信息，形成新的Root.i输入文件；
第3步：在DET根节点，以RELAP5事故分析输入文件Root.i为初始输入文件，以SimTime＝△T作为仿真时间，运行RELAP5程序；
第4步：在RELAP5仿真步长结束以后，生成结果文件分别为Root.o和Root.r；解析Root.o文件中的DET仿真对象状态控制TRIP变量变化的时间信息；
第5步：判断本次仿真步长是否存在分支；若不存在分支，则更新RELAP5初始的再启动文件R0.i中的仿真时间，SimTime＝SimTime+△T，然后以R0.i和Root.r为输入，再次运行RELAP5分析；
第6步：若存在分支，则通过解析Root.o文件获得DET仿真对象状态转移TRIP触发最小时间TRIPTimemin，然后根据规则获得RELAP5程序回溯再启动编号ResNum；
第7步：根据DET仿真对象状态转移类别，更新R0.i，分别生成DET成功分支RELAP5再启动输入文件Root-1.i和DET失败分支RELAP5再启动输入文件Root-2.i；
第8步：分别以成功分支再启动文件和失败分支再启动文件，如Root-1.i和Root-2.i，以及当前节点RELAP5计算输出的Root.r文件作为输入，分别运行RELAP5，RELAP5的节点输出文件名称根据规则更新，如Root-1-1.i和Root-1-1.o等；
第9步：循环第2步-第8步的过程，一直到节点的RELAP5仿真时间SimTime达到仿真任务时间TaskTime或者达到RELAP5其他终止条件。
在上述方案的基础上，在第1步中，确定核电厂始发事故的分析对象，按照确定论分析方法编程模拟核电厂事故的初始RELAP5程序输入卡文件，其中输入卡文件包括初始RELAP5输入文件Root.i和初始再启动计算文件R0.i；其中“Root”代表符合RELAP5程序要求的任意文件名，“R0”代表文件名，“.i”代表文件类型；并且始发事故RELAP5仿真模型需调试稳定，典型的事故序列分析结果符合预期；Root.i调试稳定后，将Root.i输入卡中的201时间控制卡第1个数据位初始化为△T。
在第1步中，RELAP5初始再启动计算文件R0.i文件包括①、RELAP5程序再启动103卡；②、RELAP5程序时间步长控制201卡；③、RELAP5程序的100卡；具体地，以图2结合图3中根节点第1次DET分支为例：
第①步：根据第3步获得DET仿真对象状态转移控制TRIP变量变化的时间信息；
第②步：判断仿真时间步长是否存在分支；若不存在分支，则更新RELAP5初始的再启动文件R 0.i中的仿真时间，RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间为结束时仿真时间与RELAP5程序的仿真步长之和，然后以初始再启动计算文件R0.i和结果文件Root.r为输入，再次运行RELAP5程序；
第③步：若存在分支，则通过解析结果文件获得DET仿真对象状态转移TRIP触发最小时间，然后根据DET仿真模型的分支规则获得与其RELAP5回溯再启动信息块编号对应的RELAP5再启动号。
上述判断仿真时间步长是否存在DET分支的判断和识别方法如下：
第(1)步：初始化DET仿真对象状态转移TRIP触发时间集合变量{TRIPT1，TRIPT 2，…,TRIPT N}和当前节点TRIP触发事件集合变量{NowTRIPT1，NowTRIPT 2，…,NowTRIPT N}，每个触发时间为“-1”。其中N代表与DET仿真对象状态转移相关的TRIP逻辑数量；
第(2)步：打开RELAP5输出的*.o文件，提取输出文件Root.o中最后一个Restart信息模块中的所有与DET仿真对象状态转移相关的TRIP号的触发时间，获得当前仿真步长DET仿真对象状态转移TRIP触发时间集合{NowTRIPT1，NowTRIPT 2，…,NowTRIPT N}；
第(3)步：逐一对应比较{TRIPT1，TRIPT 2，…,TRIPT N}和{NowTRIPT1，NowTRIPT 2，…,NowTRIPTN}的元素，获得TRIP触发时间变化的信息集合{NowTRIPTi}，其中i∈(1，N)；若{NowTRIPTi}为空，则本步长不发生DET仿真对象状态转移，不存在DET分支，本步长仿真DET分支识别结束。若{NowTRIPTi}不为空，则在本步长仿真中存在DET仿真对象状态转移过程，存在DET分支，本步长DET分支识别结束。
在上述方案的基础上，在第2步中，通过如下方式设置通用型辅助TRIP变量；具体地，通用型辅助TRIP变量分参数型和逻辑型状态转移对象的DET与RELAP5耦合方法，并且其分别按单次状态转移和多次状态转移两种类别的具体设置方法如下：
(1)参数型状态转移TRIP辅助变量设置方法
RELAP5程序中，需求型单次状态转移辅助TRIP卡修改方式如下：
CC1控制DET仿真对象状态转移的判断逻辑l
1、检测到CC1为True且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 time 0 ge null 0 0.0 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑
2、检测到CC1为False且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 time 0 lt null 0 -10.0 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑
其中：
CC1：初始RELAP5的输入文件中满足独立性的，根据核电厂事故特性设置的控制DET仿真对象正常需求状态转移的TRIP逻辑。本发明中讨论了CC1初始逻辑值为“假”和“真”两种状态下，在不同的初始状态条件下满足上述所示的不同的状态转移规则。
598：辅助TRIP变量，其逻辑值是一个“真”的常量；
599：辅助TRIP变量，其逻辑值是一个“假”的常量。
当DET分支过程中检测到状态转移恢复信号后，将状态转移后的CC1逻辑重置为转移前的控制逻辑，等待后续的参数型分支信号触发并按上述的规则进行分支，即可实现CC1的多次状态转移。
(2)逻辑状态转移辅助TRIP变量设置方法
RELAP5程序中，逻辑状态转移辅助TRIP卡修改按下图设置。
辅助变量永真Trip：598 time 0 ge null 0 0.0 n
辅助变量永假Trip：599 time 0 lt null 0 -10.0 n
CC1单次需求状态转移DET仿真对象的TRIP逻辑l
辅助变量799Trip：799原CC1TRIP逻辑(799被使用则选用798卡，依此类推)
1、检测到CC1为True且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 799 and 599 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑
2、检测到CC1为False且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 799 and 598 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑 n
其中：
CC1：上述所控制DET仿真对象可进行1次状态转移的TRIP逻辑，当检测到TRIP状态转移信号时，当初始状态为True时执行上述的第一个状态转移规则，当初始状态为False时执行上述中第二个状态转移规则，状态发生转移后其值便不再变化。
598：辅助TRIP变量，其逻辑值是一个“真”的常量；
599：辅助TRIP变量，其逻辑值是一个“假”的常量；
799：辅助TRIP变量，其逻辑值是一个与CC1逻辑值完全相同的常量；
当DET分支过程中检测到状态转移恢复信号后，将状态转移后的CC1逻辑重置为转移前的控制逻辑，等待后续分支信号继续执行上述的分支规则即可实现CC1的多次状态转移。
在上述方案的基础上，以图2结合图3中RELAP5输出文件第2个仿真步长，也就是2△T结束时的分支，说明DET回溯再启动号识别方法如下：
第(1)步：根据DET分支时刻获取的TRIP触发时间集合，识别其中最小触发时间TRIPTimemin以及TRIPTimemin对应TRIP号，比较并选择TRIPTimemin对应的TRIP号中最小TRIPNummin的DET仿真对象状态转移进行分支；
第(2)步：判断TRIPTimemin对应的DET仿真对象是否为单次状态转移类型，若是则执行第(4)步；否则执行第(3)步；
第(3)步：本仿真步长DET仿真对象可能发生多次状态转移，解析Root.o文件中所有的Restart信息块信息，比较获得其中本步长DET分支仿真对象最小的状态转移时刻，并赋值给TRIPTimemin，然后执行第(4)步；
第(4)步：将TRIPTimemin替换{TRIPT1，TRIPT 2，…,TRIPT N}中对应的元素，然后执行第(5)步。
第(5)步：计算DET回溯再启动信息块编号BloNum。
在上述方案的基础上，上述BloNum是利用如下公式计算：
Δt＝CpuTime max×ResFre
Figure PCTCN2022088183-appb-000005
其中：
BloNum：根据DET仿真对象状态转移的最小TRIP触发时间TRIPTimemin计算的RELAP5回溯再启动信息块编号；
CpuTimemax：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的CPU最大仿真步长时间；
INT[]：取整函数；
ResFre：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的再启动频率；
TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；
△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中两个再启动信息块的时间间隔。
通过上述公式，可以确定一次仿真步长过程中，比DET仿真对象状态转移时刻小，并且最近的RELAP5信息块编号BloNum；通过本仿真步长RELAP5输出文件Root.o的解析，即可查找到与BloNum对应的RELAP5回溯计算需要的再启动号ResNum；利用ResNum更新RELAP5再启动卡中的再启动编号，结合当前节点RELAP5的r文件，如图3中的Root.r，就可以在ResNum对应的时间点继续运行RELAP5仿真。
在上述方案的基础上，在第4步中，RELAP5再启动文件的更新方法是在每个RELAP5仿真步长结束，需要按照以下两类情况更新再启动文件：①、DET分支不存在DET仿真对象状态转移；②、DET分支存在DET仿真对象状态转移。
具体地，针对DET分支不存在DET仿真对象状态转移，RELAP5再启动文件更新方法如下：
第1步：将当前节点RELAP5再启动文件中103卡第1位的再启动号更新为本次仿真步长仿真结果*.o文件中最后一个再启动编号ResNumLast；
第2步：将当前节点RELAP5再启动文件中201的时间控制卡第1位的仿真结束时间SimTime按下列公式更新；
SimTime＝SimTime+ΔT
其中：SimTime：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间，也即当前节点结束时的仿真时间；△T：每次RELAP5程序的仿真步长。
具体地，针对DET分支存在DET仿真对象状态转移，RELAP5再启动文件更新方法如下：
第1步：将当前节点RELAP5再启动文件*.i中103卡第1位的再启动号更新为ResNum；
第2步：将当前节点RELAP5再启动文件*.i中的201的时间控制卡第1位的仿真结束时间SimTime按下列公式进行更新：
Figure PCTCN2022088183-appb-000006
其中：INT[]：取整函数；TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中两个再启动信息块的时间间隔；△T：每次RELAP5程序的仿真步长；
第3步：分类更新DET仿真对象状态转移控制TRIP信息。
在上述方案的基础上，通用型TRIP变量为变量型或逻辑性变量设置，具体设置内容如下：
若DET仿真对象状态转移控制TRIP属于参数型，则按如下方式更新TRIP信息：
CC1控制DET仿真对象状态转移的判断逻辑l
1、检测到CC1为True且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 time 0 ge null 0 0.0 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑
2、检测到CC1为False且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 time 0 lt null 0 -10.0 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑
若识别DET仿真对象初始状态为true(真)状态，则上下分支再启动文件按如下方式更新：
上分支(成功分支、状态转移分支)：再启动文件R0.i不更新。也即实际过程中程序将按照既定的转移规则发生状态转移；
下分支(失败分支、状态不转移分支)：在再启动文件R0.i中按RELAP5规则增加一行TRIP信息。
CC1 time 0 ge null 0 0.0 n
其中CC1是初始DET仿真对象状态转移控制的TRIP号。
若识别DET仿真对象初始状态为false(假)状态，则上下分支再启动文件按如下方式更新：
上分支(成功分支、状态转移分支)：再启动文件R0.i不更新。也即实际过程中程序将按照既定的转移规则发生状态转移；
下分支(失败分支、状态不转移分支)：在再启动文件R0.i中按RELAP5规则增加一行TRIP信息。
CC1 time 0 lt null 0 -10.0 n
其中CC1是初始DET仿真对象状态转移控制的TRIP号。
若DET仿真对象状态转移控制TRIP属于逻辑性型，则按如下方式更新TRIP信息：
辅助变量永真TRIP：598 time 0 ge null 0 0.0 n
辅助变量永假TRIP：599 time 0 lt null 0 -10.0 n
CC1单次需求状态转移DET仿真对象的TRIP逻辑l
辅助变量799TRIP：799原CC1TRIP逻辑(799被使用则选用798卡，依此类推)
1、检测到CC1为True且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 799 and 599 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑
2、检测到CC1为False且状态将发生改变，则其分支逻辑如下：
状态不变：CC1 799 and 598 n
状态转移：CC1 继承初始TRIP逻辑 n
若识别DET仿真对象初始状态为true(真)状态，则上下分支再启动文件按如下方式更新：
上分支(成功分支、状态转移分支)：再启动文件R0.i不更新。也即实际过程中程序将按照既定的转移规则发生状态转移；
下分支(失败分支、状态不转移分支)：在再启动文件R0.i中按RELAP5规则增加一行TRIP信息。
CC1 799 and 598 n
其中
CC1：是初始DET仿真对象状态转移控制的TRIP号；
799：任意辅助变量TRIP号，该TRIP号符合RELAP5要求，并满足独立性和唯一性即可。
598：辅助变量TRIP号，逻辑值为永“真”
若识别DET仿真对象初始状态为false(假)状态，则上下分支再启动文件按如下方式更新：
上分支(成功分支、状态转移分支)：再启动文件R0.i不更新。也即实际过程中程序将按照既定的转移规则发生状态转移；
下分支(失败分支、状态不转移分支)：在再启动文件R0.i中按RELAP5规则增加一行TRIP信息。
CC1 799 and 598 n
CC1：是初始DET仿真对象状态转移控制的TRIP号；
799：任意辅助变量TRIP号，该TRIP号符合RELAP5要求，并满足独立性和唯一性即可。
599：辅助变量TRIP号，逻辑值为永“假”
其中：598(CCT)是一个RELAP5软件中一个逻辑TRIP的编号，是为便于实现DET与RELAP5程序动态耦合而额外增加的一个辅助变量， 其逻辑指是永“真”。在实际应用过程中可根据需要在满足RELAP5程序的要求下，符合唯一性、独立性要求的逻辑变量号均可；
590(CCF)是一个RELAP5软件中一个逻辑TRIP的编号，是为便于实现DET与RELAP5程序动态耦合而额外增加的一个辅助变量，其逻辑指是永“假”。在实际应用过程中可根据需要在满足RELAP5程序的要求下，符合唯一性、独立性要求的逻辑变量号均可；其还可以用一个CCT或CCF代替。
效果实施例
根据事故特征和仿真计算资源条件，初始化DET与RELAP5动态耦合相关参数，包括：
BloNum：根据DET仿真对象状态转移的最小TRIP触发时间TRIPTimemin计算的RELAP5回溯再启信息块编号，初始值为0；
CpuTimemax：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的CPU最大仿真步长时间，初始值用户自定义；
ErrNum：RELAP5异常终止计数，初始值为0；
MT：运行型状态转移DET仿真对象的状态转移任务时间，根据涉及到的运行型状态转移对象的数量确定需要的任务时间随机变量的数量，并根据用户自定义的离散方式对每个任务时间随机变量进行离散，获得离散的任务时间序列；
NorNum：RELAP5正常时间终止计数，初始值为0；
ResFre：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的再启动频率，用户自定义；
ResNum：与RELAP5回溯重启信息块编号BloNum对应的RELAP5再启动号，初始值为0；
SimTime：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间，也即当前节点结束时的仿真时间，初始值为△T；
TaskTime：DET与RELAP5耦合仿真的任务时间，也是RELAP5仿真最终终止的仿真终止时间，初始值用户自定义；
TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间，初始值为0；
ResNumLast：当前RELAP5仿真步长计算结果文件中最后一个再启动编号，初始值为0；
△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的重启频率，初始值用户自定义；
△T：每次RELAP5程序的仿真步长，初始值用户自定义。
如图3所示，DET与RELAP5程序动态具体耦合过程：
第1步：将DET根节点的初始RELAP5输入文件Root.i和初始再启动文件R0.i作为一对文件放入计算队列中；
第2步：判断计算队列中是否存在RELAP输入文件。若存在RELAP5输入文件，则按照“后进先出”的原则，选择一个RELAP5输入文件作为RELAP5程序的输入，假定文件名为*.i，运行REALP5仿真，获得RELAP5输出结果*.o和*.r；若计算队列中不存在RELAP5输入文件，则执行第5步；
第3步：以*.o为输入，利用DET分支判别方法，判断是否存在DET分支。若不存在DET分支，则按照没有DET分支的类别，更新*.o对应的上一个RELAP5仿真步长的再启动文件*.i。根节点Root.i对应的再启动文件为初始的R0.i；其他的再启动文件名与当前仿真步长RELAP5输入文件名保持一致；将更新后的再启动文件*.i和对应的RELAP5的r文件*.r文件作为一个计算案例放入计算队列中；然后执行第2步；
若存在分支，则执行第4步；
第4步：根据DET仿真对象类别，按照再启动文件更新方法生成DET成功分支和失败分支的再启动文件，分别命名为*-1.i和*-2.i，并分别与REALP5的r文件*.r组成两个计算案例放入计算队列中，然后执行第2步；
第5步：每个DET分支都达到用户指定的仿真任务时间或RELAP5仿真终止条件，DET与RELAP5程序的动态耦合结束；
综上所述，DET与RELAP5程序动态耦合以后，可以通过解析每个分支节点及终节点的输入文件，提取不同分支序列的核电厂的物理特性；可以通过统计分析、聚类分析等，获得核电厂的安全特性等。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

  1. 基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
    S1、构建离散动态事件树的DET仿真模型，根据DET仿真对象状态转移类型，通过增加通用型辅助TRIP变量的方式，修改RELAP5程序输入文件的TRIP卡；其中通用型辅助TRIP变量为变量型或逻辑型；
    S2、确定DET仿真对象应用于RELAP5程序的仿真时间和仿真时间步长，并运行RELAP5程序；
    S3、根据RELAP5程序输出仿真时间步长的结果文件，解析结果文件获取DET仿真对象状态转移控制TRIP变量变化的时间信息；
    S4、识别DET仿真对象状态转移发生的DET分支时刻，并依据DET仿真模型的分支规则获取RELAP5程序回溯再启动的RELAP5再启动号；
    S5、确定DET仿真对象状态转移类型，更新RELAP5程序计算的再启动输入文件，并生成用于DET成功分支和失败分支的RELAP5程序计算的再启动输入文件；
    S6、依据DET分支时刻确定RELAP5程序回溯再启动时间，并以更新后的成功和失败再启动文件为输入，结合当前仿真步长RELAP5计算结果文件，回溯执行RELAP5程序，完成DET成功分支和失败分支的下一个仿真步长的模拟；
    S7、循环步骤S2-步骤S6的过程，一直到仿真时间达到用户指定的仿真任务时间，DET与RELAP5程序的动态耦合结束。
  2. 根据权利要求1所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S1中，以核电厂系统、设备或人员操作作为DET仿真对象，DET仿真对象的状态转移通过RELAP5中的TRIP变量控制；TRIP变量逻辑值分为真(True)，假(False)；DET仿真对象的TRIP变量空间向量
    Figure PCTCN2022088183-appb-100001
    其中n为DET仿真对象数量，si代表第i个DET仿真对象对应的TRIP的逻辑值，
    即
    Figure PCTCN2022088183-appb-100002
  3. 根据权利要求1所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S2中，确定核电厂始发事故的分析对象，按照确定论分析方法编程模拟核电厂事故的初始RELAP5程序输入卡文件，所述输入卡文件包括初始RELAP5输入文件Root.i和初始再启动计算文件R 0.i；其中“Root”代表符合RELAP5程序要求的任意文件名，“R 0”代表文件名，“.i”代表文件类型。
  4. 根据权利要求3所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S2中，所述RELAP5初始再启动计算文件R0.i文件包括①、RELAP5程序再启动103卡；②、RELAP5程序时间步长控制201卡；③、RELAP5程序的100卡。
  5. 根据权利要求1所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4中，识别DET仿真对象状态转移发生的DET分支时刻的具体方法如下：
    第①步：根据步骤S3获得DET仿真对象状态转移控制TRIP变量变化的时间信息；
    第②步：判断仿真时间步长是否存在分支；若不存在分支，则更新RELAP5初始的再启动文件R 0.i中的仿真时间，RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间为结束时仿真时间与RELAP5程序的仿真步长之和，然后以初始再启动计算文件R0.i和结果文件Root.r为输入，再次运行RELAP5程序；
    第③步：若存在分支，则通过解析结果文件获得DET仿真对象状态转移TRIP触发最小时间，然后根据DET仿真模型的分支规则获得与其RELAP5回溯再启动信息块编号对应的RELAP5再启动号。
  6. 根据权利要求1所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S6中，所述DET回溯再启动号识别方法如下：
    第(1)步：根据DET分支时刻获取的TRIP触发时间集合，识别其中最小触发时间TRIPTimemin以及TRIPTimemin对应TRIP号，比较并 选择TRIPTimemin对应的TRIP号中最小TRIPNummin的DET仿真对象状态转移进行分支；
    第(2)步：判断TRIPTimemin对应的DET仿真对象是否为单次状态转移类型，若是则执行第(4)步；否则执行第(3)步；
    第(3)步：本仿真步长DET仿真对象可能发生多次状态转移，解析Root.o文件中所有的Restart信息块信息，比较获得其中本步长DET分支仿真对象最小的状态转移时刻，并赋值给TRIPTimemin，然后执行第(4)步；
    第(4)步：将TRIPTimemin替换{TRIPT1，TRIPT2，…,TRIPTN}中对应的元素，然后执行第(5)步。
    第(5)步：计算DET回溯再启动信息块编号BloNum。
  7. 根据权利要求6所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，所述BloNum是利用下述公式计算：
    Δt＝CpuTime max×ResFre
    Figure PCTCN2022088183-appb-100003
    其中：
    BloNum：根据DET仿真对象状态转移的最小TRIP触发时间TRIPTimemin计算的RELAP5回溯重启信息块编号；
    CpuTimemax：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中的CPU最大仿真步长时间；
    INT[]：取整函数；
    ResFre：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的再启动频率；
    TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；
    △t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中两个再启动信息块的时间间隔。
  8. 根据权利要求1所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，在步骤S5中，所述RELAP5再启动文件的更新方法是在每个RELAP5仿真步长结束，需要按照以下两类情况更新再启动文件：①、DET分支不存在DET仿真对象状态转移；②、DET分支存在DET仿真对象状态转移。
  9. 根据权利要求8所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，针对DET分支不存在DET仿真对象状态转移，RELAP5再启动文件更新方法如下：
    第1步：将当前节点RELAP5再启动文件中103卡第1位的再启动号更新为本次仿真步长仿真结果*.o文件中最后一个再启动编号ResNumLast；
    第2步：将当前节点RELAP5再启动文件中201的时间控制卡第1位的仿真结束时间SimTime按下列公式更新；
    SimTime＝SimTime+ΔT
    其中：SimTime：RELAP5程序输入卡中时间控制卡的仿真时间，也即当前节点结束时的仿真时间；△T：每次RELAP5程序的仿真步长。
  10. 根据权利要求8所述的基于通用型辅助变量法的DET与RELAP5耦合的动态特性分析方法，其特征在于，针对DET分支存在DET仿真对象状态转移，RELAP5再启动文件更新方法如下：
    第1步：将当前节点RELAP5再启动文件*.i中103卡第1位的再启动号更新为ResNum；
    第2步：将当前节点RELAP5再启动文件*.i中的201的时间控制卡第1位的仿真结束时间SimTime按下列公式进行更新：
    Figure PCTCN2022088183-appb-100004
    其中：INT[]：取整函数；TRIPTimemin：当前RELAP5仿真步长计算结果中DET仿真对象状态转移最小TRIP触发时间；△t：RELAP5程序输入卡中时间控制卡中两个再启动信息块的时间间隔；△T：每次RELAP5程序的仿真步长；
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