本發(fā)明涉及核電廠反應(yīng)堆運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種堆芯機(jī)組變功率運(yùn)行策略優(yōu)化方案的自動(dòng)搜索方法。

背景技術(shù)：

核反應(yīng)堆正常運(yùn)行及運(yùn)行瞬態(tài)工況下，需保證反應(yīng)堆堆芯的主要參數(shù)在一個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)。該運(yùn)行范圍(運(yùn)行圖)表征了核反應(yīng)堆所允許運(yùn)行的最大邊界，超過(guò)運(yùn)行邊界將觸發(fā)控制或者保護(hù)信號(hào)，將可能導(dǎo)致機(jī)組降功率或停堆等。根據(jù)核電廠的負(fù)荷運(yùn)行模型的差異，可以分為帶基本負(fù)荷運(yùn)行(a控制模式)和調(diào)峰運(yùn)行(g模式)。國(guó)內(nèi)大部分商用的cpr機(jī)組壓水堆采用g模式。

針對(duì)g運(yùn)行模式，如圖1所示，運(yùn)行圖分為區(qū)域i和區(qū)域ii。運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求，在區(qū)域i中功率補(bǔ)償棒可插入到刻度曲線位置上或者在刻度曲線位置與完全抽出位置的中間位置。區(qū)域ii也為正常運(yùn)行區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中所有控制棒在任何功率水平下都要抽出堆芯。

當(dāng)功率低于50％，功率補(bǔ)償棒插入堆芯時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)超出區(qū)域i進(jìn)入?yún)^(qū)域ii的累計(jì)時(shí)間在連續(xù)12小時(shí)內(nèi)應(yīng)小于1小時(shí)。此為當(dāng)功率大于50％時(shí)，需要在區(qū)域i穩(wěn)定6小時(shí)，然后在功率補(bǔ)償棒提出堆芯的情況下，運(yùn)行點(diǎn)才能從區(qū)域i進(jìn)入?yún)^(qū)域ii，以減少氙振蕩，滿足安全準(zhǔn)則。

由于越來(lái)越多的核電站發(fā)電并網(wǎng)，電網(wǎng)的調(diào)峰壓力也逐漸傳導(dǎo)到各機(jī)組的功率調(diào)峰需求上。例如季節(jié)性變化(夏冬季節(jié))、汛期等自然條件變化導(dǎo)致的電網(wǎng)電力及電力結(jié)構(gòu)的需求發(fā)生變化，這時(shí)需要核反應(yīng)堆機(jī)組根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際功率需求進(jìn)行的變功率運(yùn)行。此時(shí)功率下降和控制棒棒位的變化將對(duì)堆芯的功率分布造成較大影響，進(jìn)而會(huì)影響堆內(nèi)三維氙毒的變化，更進(jìn)一步加劇三維功率分布和三維氙毒的振蕩，造成運(yùn)行圖內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的控制難度加大。

核電站有實(shí)際的需求希望在實(shí)際變功率運(yùn)行的情況下，給定操作策略(功率水平-棒位-硼-δi的變化)以滿足運(yùn)行圖技術(shù)規(guī)范的要求。現(xiàn)有技術(shù)為滿足上述需求，通常需要離線進(jìn)行堆芯控制策略的搜索和模擬計(jì)算，以滿足運(yùn)行圖要求。然而這些現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于：(1)離線工程師根據(jù)電廠操作人員的描述構(gòu)造理論堆芯模型與真實(shí)運(yùn)行反應(yīng)堆存在差異，該差異包括了理論建模方法本身的誤差、制造誤差、運(yùn)行工況參數(shù)測(cè)量誤差、運(yùn)行功率歷史的誤差等，如果理論堆芯模型與真實(shí)運(yùn)行堆芯的差異較大時(shí)，將導(dǎo)致搜索的運(yùn)行軌跡與實(shí)際運(yùn)行軌跡出現(xiàn)較大偏差；(2)功率水平-控制棒的運(yùn)行策略由離線工程師的經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)確定。缺點(diǎn)在于強(qiáng)烈依賴于工程師本身的工程經(jīng)驗(yàn)，因此不同的工程師搜索的控制方案可能不一致；(3)電廠功率調(diào)峰需求的多變的，很可能離線工程師費(fèi)了很多精力的運(yùn)行圖控制方案提交到電廠操作員后發(fā)現(xiàn)變功率目標(biāo)及方式的發(fā)生變更，該方案已經(jīng)不能有效匹配指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行操作的真實(shí)需求，大量的精力浪費(fèi)在電廠操作人員-離線工程師等迭代和方案搜索上，導(dǎo)致了機(jī)組變功率操作的復(fù)雜性增大，增加了機(jī)組操作員的運(yùn)行壓力和工作負(fù)荷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種堆芯機(jī)組變功率運(yùn)行策略優(yōu)化方案的自動(dòng)搜索方法，以克服人工搜索依賴人工經(jīng)驗(yàn)的缺點(diǎn)，保證即使在復(fù)雜變功率運(yùn)行目標(biāo)下仍然有合理運(yùn)行策略的方案。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種堆芯機(jī)組變功率運(yùn)行策略優(yōu)化方案的自動(dòng)搜索方法，包括：

步驟s1，根據(jù)升降功率的整體目標(biāo)確定功率運(yùn)行方式；

步驟s2，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行理論堆芯模型的建模計(jì)算；

步驟s3，計(jì)算理論堆芯模型的計(jì)算軸向功率偏移與堆芯實(shí)際運(yùn)行的實(shí)測(cè)軸向功率偏移之間的偏差；

步驟s4，進(jìn)行理論堆芯模型的平衡氙計(jì)算，獲得目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)；

步驟s5，根據(jù)所述目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)建立各運(yùn)行階段的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并設(shè)置約束條件函數(shù)、定義控制變量的變化范圍；

步驟s6，計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的最小值；

步驟s7，根據(jù)計(jì)算軸向功率偏移與實(shí)測(cè)軸向功率偏移之間的偏差，修正每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的軸向功率偏移。

其中，所述步驟s1中，所述功率運(yùn)行方式包括：第一種插棒升功率或降功率、第二種調(diào)硼換棒穩(wěn)定功率運(yùn)行、第三種調(diào)硼穩(wěn)定功率運(yùn)行、第四種調(diào)硼升功率或降功率、第五種調(diào)硼換棒升功率或降功率。

其中，所述步驟s3中，計(jì)算軸向功率偏移與實(shí)測(cè)軸向功率偏移之間的偏差在變功率過(guò)程中保持不變。

其中，所述步驟s4具體包括：計(jì)算在穩(wěn)定控制棒棒位和功率水平下的平衡氙，將所述平衡氙所在點(diǎn)作為目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)。

其中，所述步驟s5中，根據(jù)所述目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)，構(gòu)造各運(yùn)行階段的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，其基本表達(dá)式為：

j(r)＝σ(dii(r)-ditarget,i)²

其中：r為每一個(gè)運(yùn)行階段時(shí)間跨度內(nèi)的控制棒控制策略，包括溫度控制棒棒位和功率控制棒棒位等；dii為第i時(shí)間步的δi計(jì)算值；ditarget,i為第i時(shí)間步根據(jù)功率水平確定性的目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的δi值，δi為運(yùn)行圖運(yùn)行點(diǎn)的橫坐標(biāo)值。

其中，在考慮頻繁硼化稀釋操作導(dǎo)致大量廢液情況下，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

j(r)＝σ(dii(r)-ditarget,i)²+ησ(boroni(r)-boroni-1(r))²

其中：η表示硼化稀釋導(dǎo)致廢液的權(quán)重，而boroni(r)-boroni-1(r)表示為i時(shí)刻與i-1時(shí)刻時(shí)堆芯臨界硼濃度的變化，用于表示硼廢水用量。

其中，所述步驟s5中，約束條件函數(shù)包括：

臨界準(zhǔn)則，保持堆芯始終是臨界的狀態(tài)：

|keff,i(r)-1|＜σ

其中：keff,i為第i時(shí)間步，根據(jù)控制棒棒位調(diào)節(jié)臨界硼濃度后計(jì)算的本征值；σ為臨界收斂準(zhǔn)則，通常為1.0e-5；

δi運(yùn)行圖準(zhǔn)則：

dii(r)-ditarget,i＜ηleft

dii(r)-ditarget,i＞ηright

其中：ηleft為左邊界限制，ηright為右邊界限制，左右邊界根據(jù)運(yùn)行圖的實(shí)際形狀綜合考慮預(yù)警、常ao控制帶等因素后給出；

以及δi進(jìn)入ii區(qū)時(shí)間：σti(r)＜τ

其中：ti(r)為第i時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)入ii區(qū)時(shí)間τ為技術(shù)規(guī)范規(guī)定的停留ii區(qū)最大時(shí)間。

其中，所述步驟s5中，定義控制變量的變化范圍具體是指增加控制棒調(diào)節(jié)變量的限制，控制棒調(diào)節(jié)變量包括控制棒棒位調(diào)節(jié)范圍，增加控制棒棒位調(diào)節(jié)范圍的限制如下式：

|rj|＜kj

其中kj為控制棒的插入限值，或者刻度曲線位置；j為控制棒棒組數(shù)量。

其中，所述步驟s6具體包括：

設(shè)目標(biāo)函數(shù)為f(r)為最小，約束條件函數(shù)gi(r)≤0(i＝1，2，3，…n)，

首先確定一個(gè)滿足約束條件的可行點(diǎn)r⁰，并按照沿目標(biāo)函數(shù)負(fù)梯度方向?qū)で笮碌狞c(diǎn)r¹，用梯度法求下一點(diǎn)，即r¹＝r⁰-α⁰▽f(r⁰)，其中初始步長(zhǎng)α⁰為r¹落在所有約束邊界上，另所有約束等于零所取得的最小正根，使得gi(r¹)≤0；

當(dāng)點(diǎn)落在約束邊界后尋找新方向，設(shè)x^k為約束上的點(diǎn)，為了使目標(biāo)函數(shù)f(r^k)下降，搜索方向需要滿足的條件有：r^k到新點(diǎn)r^k+1的方向p^k與▽f(r⁰)為鈍角且目標(biāo)函數(shù)只能減少不能增大，即min(▽f(r⁰))^t·p^k＜0；

滿足約束條件gi(r)且與函數(shù)約束梯度▽gi(r⁰)的夾角大于等于90度，即(▽gi(r^k))^t·p^k≤0，其中每一個(gè)方向分量的限制|p^k|≤1；在找到可行方向后，確定步長(zhǎng)，可選擇將新點(diǎn)代入各約束函數(shù)中，當(dāng)其值為零時(shí)，所得的最小正根為步長(zhǎng)；對(duì)于線性約束條件，當(dāng)p^k等于零時(shí)即找到最優(yōu)解；對(duì)于非線性優(yōu)化，當(dāng)p^k接近零時(shí)即找到最優(yōu)解。

其中，在所述步驟s7之后還包括：將修正后的運(yùn)行點(diǎn)在運(yùn)行圖上進(jìn)行分析，判斷是否滿足運(yùn)行規(guī)范。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于：

本發(fā)明避免了人工搜索依賴人工經(jīng)驗(yàn)的缺點(diǎn)，減少人工大量的迭代計(jì)算，不依賴于堆芯初始工況，保證了即使在復(fù)雜變功率運(yùn)行目標(biāo)下仍然有合理運(yùn)行策略的方案；

本發(fā)明從基本物理概念出發(fā)構(gòu)建目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)，避免了運(yùn)行軌跡帶的設(shè)置，避免了人工經(jīng)驗(yàn)性依賴；

本發(fā)明引入了優(yōu)化算法，提供一個(gè)最佳逼近目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的控制方案，避免人工搜索的任意性，可以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化目標(biāo)下較優(yōu)方案的搜索，相對(duì)于人工經(jīng)驗(yàn)搜索方法具有較大的優(yōu)勢(shì)；并且在優(yōu)化算法中增加了運(yùn)行圖限制的要求，天然保證了搜索方案符合運(yùn)行圖技術(shù)規(guī)范；

本發(fā)明針對(duì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的修改，可適用于多樣性的電廠搜索需求，例如由電廠的整體變功率目標(biāo)中需要盡量保證調(diào)硼的次數(shù)和廢水量等，可在優(yōu)化目標(biāo)中加入臨界硼廢水量的優(yōu)化目標(biāo)等；通過(guò)修改優(yōu)化目標(biāo)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)行目標(biāo)和運(yùn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)更多電廠潛在運(yùn)行需求，滿足個(gè)性化要求；

本發(fā)明不限于應(yīng)用場(chǎng)景，不依賴現(xiàn)場(chǎng)硬件改造和堆芯三維在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署等。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中g(shù)模式正常工況運(yùn)行示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種堆芯機(jī)組變功率運(yùn)行策略優(yōu)化方案的自動(dòng)搜索方法的流程示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中變功率運(yùn)行操作示意圖。

具體實(shí)施方式

以下各實(shí)施例的說(shuō)明是參考附圖，用以示例本發(fā)明可以用以實(shí)施的特定實(shí)施例。

請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種堆芯機(jī)組變功率運(yùn)行策略優(yōu)化方案的自動(dòng)搜索方法，包括：

步驟s1，根據(jù)升降功率的整體目標(biāo)確定功率運(yùn)行方式；

步驟s2，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行理論堆芯模型的建模計(jì)算；

步驟s3，計(jì)算理論堆芯模型的計(jì)算軸向功率偏移與堆芯實(shí)際運(yùn)行的實(shí)測(cè)軸向功率偏移之間的偏差；

步驟s4，進(jìn)行理論堆芯模型的平衡氙計(jì)算，獲得目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)；

步驟s5，根據(jù)所述目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)建立各運(yùn)行階段的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并設(shè)置約束條件函數(shù)；

步驟s6，定義控制變量的變化范圍，計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的最小值；

步驟s7，根據(jù)計(jì)算軸向功率偏移與實(shí)測(cè)軸向功率偏移之間的偏差，修正每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的軸向功率偏移。

本發(fā)明從物理邏輯出發(fā)，構(gòu)建目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)，引入優(yōu)化算法，搜索最優(yōu)化的堆芯變功率運(yùn)行策略。由于利用堆芯核設(shè)計(jì)軟件建模的理論堆芯與實(shí)際堆芯存在相對(duì)固定差異，不管是離線工程師根據(jù)電廠運(yùn)行人員的描述建立的理論堆芯模型，還是從堆芯三維在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中導(dǎo)出的堆芯跟隨理論模型，本發(fā)明都認(rèn)為理論堆芯模型與實(shí)際運(yùn)行堆芯之間存在差異，該差異在燃耗沒有改變情況下是固定的。這里的差異包括了：堆芯設(shè)計(jì)制造的誤差、堆芯狀態(tài)參數(shù)的誤差、模型計(jì)算精度的誤差、反應(yīng)堆換料運(yùn)行歷史的差異等。

以下對(duì)結(jié)合電廠實(shí)際面臨的變功率運(yùn)行的一個(gè)實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。國(guó)內(nèi)某電廠某機(jī)組采用g模式運(yùn)行方案，其中采用互相疊步的功率控制棒來(lái)快速補(bǔ)充功率下降的反應(yīng)性反饋，采用溫度控制棒來(lái)補(bǔ)充軸向功率偏移(ao)的控制。由于臺(tái)風(fēng)緣故，該機(jī)組需要降功率到50％額定功率，穩(wěn)定運(yùn)行36小時(shí)后重返滿功率運(yùn)行。

步驟s1中，具體的功率運(yùn)行目標(biāo)為：在某燃耗下，以插入功率棒的方式在3小時(shí)內(nèi)100％額定功率勻速下降到50％額定功率；穩(wěn)定運(yùn)行50％功率臺(tái)階，在1個(gè)小時(shí)內(nèi)以調(diào)硼的方式將功率棒勻速提出堆芯頂部。在其余35小時(shí)內(nèi)保持50％額定功率運(yùn)行；而后，以稀釋硼的方式在5小時(shí)內(nèi)從50％額定功率勻速升到100％額定功率；在100％額定功率穩(wěn)定運(yùn)行24小時(shí)達(dá)到氙平衡。

本發(fā)明根據(jù)上述功率運(yùn)行目標(biāo)，分為5個(gè)階段的功率運(yùn)行方式，分別為：第一步插棒降功率、第二步調(diào)硼換棒全提出、第三步調(diào)硼穩(wěn)定功率、第四步調(diào)硼升功率、第五步調(diào)硼穩(wěn)定功率。當(dāng)然，不局限于上述實(shí)例，本發(fā)明中，功率運(yùn)行方式可以包括：第一種插棒升功率或降功率、第二種調(diào)硼換棒穩(wěn)定功率運(yùn)行、第三種調(diào)硼穩(wěn)定功率運(yùn)行、第四種調(diào)硼升功率或降功率、第五種調(diào)硼換棒升功率或降功率。

為了實(shí)現(xiàn)該功率運(yùn)行目標(biāo)，需要確定滿足運(yùn)行點(diǎn)在運(yùn)行圖內(nèi)的運(yùn)行方案，其方案的模擬結(jié)果應(yīng)該與電廠實(shí)際操作的運(yùn)行結(jié)果相一致。為了保證設(shè)計(jì)軟件模擬結(jié)果與實(shí)際情況一致，需要額外補(bǔ)充如下信息：當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)的狀態(tài)。由此，步驟s2根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)狀態(tài)(燃耗、功率水平、ao等)利用中廣核集團(tuán)自主研發(fā)sophora軟件或者pcm核設(shè)計(jì)(或同類軟件)進(jìn)行理論堆芯模型的建模。

如前所述，理論堆芯模型的計(jì)算軸向功率偏移ao與實(shí)際運(yùn)行堆芯的實(shí)測(cè)軸向功率偏移ao存在固定偏差，在整個(gè)變功率過(guò)程是不變的。因此可以根據(jù)變功率起始點(diǎn)理論ao與測(cè)量ao的偏差，修正后續(xù)理論計(jì)算的ao，得到后續(xù)的實(shí)測(cè)ao，用于產(chǎn)生實(shí)測(cè)δi運(yùn)行點(diǎn)。其關(guān)系是：ao＝δi/p，其中δi為運(yùn)行圖運(yùn)行點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，p為運(yùn)行點(diǎn)的縱坐標(biāo)值。

本發(fā)明中，在穩(wěn)定控制棒棒位和功率水平下的平衡氙所在點(diǎn)作為目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)能有效抑制堆芯后續(xù)時(shí)刻的氙振蕩，并且能最佳化后續(xù)時(shí)刻的目標(biāo)運(yùn)行化搜索，因此可將自動(dòng)化搜索的平衡氙的點(diǎn)作為目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)。

由此，步驟s4建立理論模型下的平衡氙計(jì)算，從而獲得目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)。根據(jù)運(yùn)行圖的定義，通常平衡氙模型的運(yùn)行點(diǎn)天然保證了滿足運(yùn)行圖范圍內(nèi)。如果在極端情況下，平衡氙下的運(yùn)行點(diǎn)非?？拷\(yùn)行圖邊界，則采用該功率運(yùn)行方式當(dāng)前階段的上一運(yùn)行階段的最終時(shí)刻的目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)作為這個(gè)階段的目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)。圖3示意性地給出了目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)在運(yùn)行圖內(nèi)的變化趨勢(shì)。圖3中運(yùn)行圖包括了i區(qū)和ii區(qū)，根據(jù)參考δi運(yùn)行線(圖3虛線)向右平移+5％的線作為分界線。其中靠近i區(qū)邊界的2％區(qū)域設(shè)置了預(yù)警線，如圖3中實(shí)線所示。在方案搜索時(shí)不能超出預(yù)警線。

圖3給出了目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的軌跡方向，由于第一步插棒降功率下，功率調(diào)節(jié)棒隨著刻度曲線位置變化，因此目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)也隨著功率下降而變化。在實(shí)際的氙平衡計(jì)算時(shí)，可能并不能保證目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)軌跡成直線，如線1所示。在第二步調(diào)硼換棒提出情況下，根據(jù)氙平衡計(jì)算其目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)隨時(shí)間變化如線2所示。第三步調(diào)硼穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)在根據(jù)氙振蕩的過(guò)程，其目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)隨時(shí)間變化如線3所示。第四步稀釋硼升功率，其目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)軌跡如線4所示。第五步調(diào)硼穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)在運(yùn)行階段保持不變，如點(diǎn)5所示。從圖3可以看出，在功率目標(biāo)閉合情況下(從滿功率開始到重返滿功率)，目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的軌跡也是閉合的。

步驟s5中，根據(jù)每一種不同的升降功率或者穩(wěn)定功率運(yùn)行方式，分段定義優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件函數(shù)，并搜索其運(yùn)行策略。

每一種堆芯運(yùn)行方式的總體優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可以相同也可不同。約束條件函數(shù)可以相同也可以不同。針對(duì)每一種運(yùn)行方式，定義離散計(jì)算點(diǎn)，離散點(diǎn)數(shù)目根據(jù)堆芯氙振蕩特性決定，通常需至少10個(gè)點(diǎn)。對(duì)應(yīng)快速升降功率或者穩(wěn)定功率的初始階段氙平衡剛剛被打破或者需要重新建立的階段，要求在運(yùn)行點(diǎn)間的時(shí)間跨度不能太大，保證足夠時(shí)間內(nèi)控制運(yùn)行點(diǎn)的走向，本發(fā)明要求兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)功率變化差異不超過(guò)5％功率水平(fp)。

在不考慮頻繁硼化稀釋操作可能導(dǎo)致的大量廢液的前提下，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可以定義為：該運(yùn)行方式內(nèi)所有運(yùn)行點(diǎn)與目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的距離最小，即實(shí)際δi與目標(biāo)δi的差的平方和最小。本發(fā)明可以在優(yōu)化目標(biāo)基礎(chǔ)上，增加最小化廢液排放的相關(guān)權(quán)重。

在給定目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)情況下，構(gòu)造各運(yùn)行階段的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。優(yōu)化的目標(biāo)方向?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)最小。其基本表達(dá)式如下：

j(r)＝∑(dii(r)-ditarget,i)²

其中：r為每一個(gè)運(yùn)行階段時(shí)間跨度內(nèi)的控制棒控制策略，包括溫度控制棒棒位和功率控制棒棒位等；dii為第i時(shí)間步的δi計(jì)算值；ditarget,i為第i時(shí)間步根據(jù)功率水平確定性的目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的δi值。

在考慮頻繁硼化稀釋操作導(dǎo)致大量廢液情況下，可以在目標(biāo)函數(shù)中額外引入新的項(xiàng)，即：

j(r)＝∑(dii(r)-ditarget,i)²+η∑(boroni(r)-boroni-1(r))²

其中：η表示硼化稀釋導(dǎo)致廢液的權(quán)重，而boroni(r)-boroni-1(r)表示為i時(shí)刻與i-1時(shí)刻時(shí)堆芯臨界硼濃度的變化，用于表示硼廢水用量。

約束條件函數(shù)，即增加運(yùn)行圖技術(shù)規(guī)范相關(guān)的限值，例如運(yùn)行點(diǎn)不超過(guò)運(yùn)行圖邊界，當(dāng)功率低于50％，運(yùn)行點(diǎn)超出區(qū)域i進(jìn)入?yún)^(qū)域ii的累計(jì)時(shí)間在連續(xù)12小時(shí)內(nèi)應(yīng)小于1小時(shí)。當(dāng)功率大于50％時(shí)，需要在區(qū)域i穩(wěn)定6小時(shí)，然后在功率補(bǔ)償棒提出堆芯的情況下，運(yùn)行點(diǎn)才能從區(qū)域i進(jìn)入?yún)^(qū)域ii，以減少氙振蕩。設(shè)置約束條件函數(shù)的作用在于，保證運(yùn)行圖及控制棒的各種運(yùn)行技術(shù)規(guī)范的要求得到滿足，例如：

(1)臨界準(zhǔn)則，保持堆芯始終是臨界的狀態(tài)：

|keff,i(r)-1|＜σ

其中：keff,i為第i時(shí)間步，根據(jù)控制棒棒位調(diào)節(jié)臨界硼濃度后計(jì)算的本征值；σ為臨界收斂準(zhǔn)則，通常為1.0e-5。

(2)δi運(yùn)行圖準(zhǔn)則

dii(r)-ditarget,i＜ηleft

dii(r)-ditarget,i＞ηright

其中：ηleft為左邊界限制，ηright為右邊界限制，左右邊界根據(jù)運(yùn)行圖的實(shí)際形狀綜合考慮預(yù)警、常ao控制帶等因素后給出。

(3)δi進(jìn)入ii區(qū)時(shí)間

∑ti(r)＜τ

其中：ti(r)為第i時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)入ii區(qū)時(shí)間τ為技術(shù)規(guī)范規(guī)定的停留ii區(qū)最大時(shí)間。

為保證堆芯具有足夠的停堆深度以及避免長(zhǎng)期插棒的燃耗陰影效應(yīng)、控制棒需要規(guī)定插入限值，因此步驟s6中，優(yōu)化控制變量的限制，即增加控制棒調(diào)節(jié)變量的限制，例如反應(yīng)堆內(nèi)可能存在的功率調(diào)節(jié)控制棒棒位不能超過(guò)刻度值，溫度調(diào)節(jié)控制棒不能超過(guò)插入限值等。

具體地，針對(duì)控制棒棒位調(diào)節(jié)范圍作為限制，即：

|rj|＜kj

其中kj為控制棒的插入限值，或者刻度曲線位置；j為控制棒棒組數(shù)量，而且控制棒間存在疊步效應(yīng)，也應(yīng)在此考慮。

本發(fā)明將堆芯運(yùn)行方案的搜索過(guò)程轉(zhuǎn)換為純數(shù)學(xué)上的優(yōu)化算法問(wèn)題，采用成熟的優(yōu)化算法，獲得在特定限制約束條件下，滿足總體目標(biāo)最優(yōu)的運(yùn)行策略。根據(jù)優(yōu)化的總體目標(biāo)函數(shù)、控制變量的限制、約束條件函數(shù)等，可以采用目前成熟的優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行策略的搜索。例如綜合統(tǒng)計(jì)法、遺傳算法、模擬退火算法、或者可行方向法(共軛梯度法)等。

本發(fā)明示意性的給出了采用對(duì)偶可行方向法求解的過(guò)程?？尚蟹较蚍?，類似于共軛梯度法，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)及限制函數(shù)的特性，進(jìn)行多次迭代逐漸逼近目標(biāo)函數(shù)在滿足限制函數(shù)區(qū)域內(nèi)的最小值。

給定初始各組棒位或者給定上一步各組棒位，一個(gè)新的改進(jìn)的迭代棒組位置由下式?jīng)Q定：

rjⁿ＝rj^n-1+δⁿpjⁿ

其中rⁿ為新的棒組棒位，r^n-1為上一步棒組棒位，pⁿ為滿足目標(biāo)函數(shù)下降的可行方向，δⁿ為控制棒步數(shù)。

其中可行方向pⁿ可根據(jù)對(duì)偶可行方向法搜索得到：

pⁿ＝ηⁿ▽j(r^n-1)+uⁿ▽g(r^n-1)

其中j(r^n-1)為目標(biāo)函數(shù)，▽g(r^n-1)為限制函數(shù)的集合，ηⁿ及uⁿ為各函數(shù)的權(quán)重。求解ηⁿ及uⁿ可轉(zhuǎn)換為二次規(guī)劃問(wèn)題。

本發(fā)明將復(fù)雜非線性函數(shù)的最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為二次規(guī)劃優(yōu)化的問(wèn)題。

二次規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)：

||ηⁿ▽j(r^n-1)+uⁿ▽g(r^n-1)||²-uⁿg(r^n-1)最小

并且滿足：ηⁿ+∑uⁿi＝1

其中i為限制函數(shù)的個(gè)數(shù)。

對(duì)于該二次規(guī)劃問(wèn)題，絕大多數(shù)的數(shù)學(xué)教材都有相應(yīng)的算法，也能比較簡(jiǎn)單的獲得解決，本發(fā)明不在此贅述。

本發(fā)明為進(jìn)一步說(shuō)明采用優(yōu)化算法搜索最佳方案的過(guò)程，通過(guò)zoutendijk可行方向法，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明計(jì)算過(guò)程進(jìn)行舉例說(shuō)明，將上述過(guò)程簡(jiǎn)化為：

目標(biāo)函數(shù)為f(r)為最小，約束條件函數(shù)gi(r)≤0(i＝1，2，3，…n)

其計(jì)算步驟：

首先確定一個(gè)滿足約束條件的可行點(diǎn)r⁰，并按照沿目標(biāo)函數(shù)負(fù)梯度方向?qū)で笮碌狞c(diǎn)r¹，用梯度法求下一點(diǎn)，即r¹＝r⁰-α⁰▽f(r⁰)，其中初始步長(zhǎng)α⁰為r¹落在所有約束邊界上，另所有約束等于零所取得的最小正根，這樣保證r¹與r⁰接近，使得gi(r¹)≤0；

當(dāng)點(diǎn)落在約束邊界后尋找新方向，設(shè)x^k為約束上的點(diǎn)，為了使目標(biāo)函數(shù)f(r^k)下降，搜索方向需要滿足的條件有：r^k到新點(diǎn)r^k+1的方向p^k與▽f(r⁰)為鈍角且目標(biāo)函數(shù)只能減少不能增大，否則不符合函數(shù)極小化的要求，即min(▽f(r⁰))^t·p^k＜0；

滿足約束條件gi(r)且與函數(shù)約束梯度▽gi(r⁰)的夾角大于等于90度，即(▽gi(r^k))^t·p^k≤0，其中每一個(gè)方向分量的限制|p^k|≤1。為此轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問(wèn)題，可以采用單純形法來(lái)求解。在找到可行方向后，確定步長(zhǎng)，可選擇將新點(diǎn)代入各約束函數(shù)中，當(dāng)其值為零時(shí)，所得的最小正根為步長(zhǎng)。對(duì)于線性約束條件，當(dāng)p^k等于零時(shí)即找到最優(yōu)解。對(duì)于非線性優(yōu)化，當(dāng)p^k接近零時(shí)，可認(rèn)為目標(biāo)函數(shù)不再改進(jìn)，找到最優(yōu)解。

本發(fā)明利用上述過(guò)程，可以綜合考慮所有升降功率運(yùn)行階段，并最終確定一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)和一系列的約束條件函數(shù)。在計(jì)算時(shí)間和計(jì)算效率允許情況下可以一次性求解整個(gè)變功率機(jī)組運(yùn)行情況下的全局最優(yōu)化的運(yùn)行策略。

本發(fā)明在獲得最佳化的堆芯運(yùn)行策略時(shí)，需要利用核設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行驗(yàn)算，即在步驟s7之后還需要將修正后的運(yùn)行點(diǎn)在運(yùn)行圖上進(jìn)行分析，判斷是否滿足運(yùn)行規(guī)范，保證各實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)在運(yùn)行圖范圍之內(nèi)。如圖3所示，給出了示意性的實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)軌跡。

還需說(shuō)明的是，本發(fā)明適用于需要進(jìn)行運(yùn)行圖控制的堆芯運(yùn)行模式，包括但不限于運(yùn)行g(shù)模式、a模式、mshim模式(ap1000及相關(guān)機(jī)組采用)、t模式(epr及相關(guān)機(jī)組采用)等。通過(guò)控制變量的選取和控制限制函數(shù)的變化，本發(fā)明適用于各種類型的反應(yīng)堆，包括但不限于壓水反應(yīng)堆、沸水反應(yīng)堆、快中子反應(yīng)堆等。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，不依賴于部署在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可用于傳統(tǒng)的離線工程師工作單的接口模式，也可集成在三維在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(如sophora系統(tǒng))中，以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)變功率運(yùn)行策略搜索的工作需求。

通過(guò)上述說(shuō)明可知，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明避免了人工搜索依賴人工經(jīng)驗(yàn)的缺點(diǎn)，減少人工大量的迭代計(jì)算，不依賴于堆芯初始工況，保證了即使在復(fù)雜變功率運(yùn)行目標(biāo)下仍然有合理運(yùn)行策略的方案；

本發(fā)明從基本物理概念出發(fā)構(gòu)建目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)，避免了運(yùn)行軌跡帶的設(shè)置，避免了人工經(jīng)驗(yàn)性依賴；

本發(fā)明引入了優(yōu)化算法，提供一個(gè)最佳逼近目標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)的控制方案，避免人工搜索的任意性，可以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化目標(biāo)下較優(yōu)方案的搜索，相對(duì)于人工經(jīng)驗(yàn)搜索方法具有較大的優(yōu)勢(shì)；并且在優(yōu)化算法中增加了運(yùn)行圖限制的要求，天然保證了搜索方案符合運(yùn)行圖技術(shù)規(guī)范；

本發(fā)明針對(duì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的修改，可適用于多樣性的電廠搜索需求，例如由電廠的整體變功率目標(biāo)中需要盡量保證調(diào)硼的次數(shù)和廢水量等，可在優(yōu)化目標(biāo)中加入臨界硼廢水量的優(yōu)化目標(biāo)等；通過(guò)修改優(yōu)化目標(biāo)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)行目標(biāo)和運(yùn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)更多電廠潛在運(yùn)行需求，滿足個(gè)性化要求；

本發(fā)明不限于應(yīng)用場(chǎng)景，不依賴現(xiàn)場(chǎng)硬件改造和堆芯三維在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署等。

以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。