基于混合整數(shù)規(guī)劃線性規(guī)劃的坎杜堆換料方案優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利屬于坎杜堆核電站換料方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合 整數(shù)規(guī)劃線性規(guī)劃的坎杜堆換料方案優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 坎杜6型重水反應(yīng)堆共有380個(gè)燃料通道，與采用停堆方式進(jìn)行換料的反應(yīng)堆(如 壓水堆）不同，坎杜堆采用在線換料方式，滿功率運(yùn)行時(shí)平均每天要更換兩個(gè)燃料通道。日 常換料方案的設(shè)計(jì)由電站堆物理工程師完成，通常3~4天進(jìn)行一次，每次從380個(gè)燃料通 道中挑選出6~7個(gè)提交運(yùn)行人員進(jìn)行更換。坎杜堆換料方案設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)、多 約束的優(yōu)化問題，好的換料方案通常需要滿足：最大化燃料卸料燃耗，優(yōu)化堆芯功率分布使 其盡量接近目標(biāo)值，盡量降低通道超功率因子（CPPF)，確保通道/棒束功率滿足限值要求， 優(yōu)化液體區(qū)域控制裝置(液體區(qū)域控制裝置）的運(yùn)行特性等。鑒于該問題的復(fù)雜性，每個(gè)坎 杜電站都引進(jìn)或開發(fā)出計(jì)算機(jī)軟件以輔助堆物理工程師完成換料方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0003] 與國(guó)外很多同型電站類似，當(dāng)前使用的換料軟件包基于傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)開發(fā)，借 助預(yù)先設(shè)定的多個(gè)專家準(zhǔn)則即評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行評(píng)分。每個(gè)準(zhǔn)則通常選取一個(gè)評(píng)價(jià) 參數(shù)，這些參數(shù)與換料優(yōu)化的目標(biāo)密切相關(guān)，如換料通道的燃耗、通道組內(nèi)的最大通道超功 率因子、通道組內(nèi)最小通道功率裕量等。依據(jù)每個(gè)準(zhǔn)則對(duì)通道評(píng)分后，將單個(gè)評(píng)價(jià)值綜合起 來從而得到通道的最終評(píng)價(jià)值，堆物理工程師則依據(jù)通道的綜合評(píng)分的大小以及自身經(jīng)驗(yàn) 來選擇換料通道，最終確定出較好的換料方案。
[0004] 工作人員在使用過程中逐漸發(fā)現(xiàn)該軟件包存在一些不足。首先，這套基于專家系 統(tǒng)的通道評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)效果的好壞完全取決于評(píng)價(jià)參數(shù)的選取以及預(yù)先設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn) 貝1J，欠缺精確的堆芯物理模型。其次，通道的評(píng)價(jià)完全基于當(dāng)前的堆芯狀態(tài)，更多的關(guān)注換 料通道臨近區(qū)域的局部特征和空間分布，而缺乏對(duì)換料后效的評(píng)估。再者，最終設(shè)計(jì)出的換 料方案嚴(yán)重依賴堆物理工程師的經(jīng)驗(yàn)，在同樣的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則下，不同的人員可能因自身經(jīng)驗(yàn) 的差異設(shè)計(jì)出完全不同的換料方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為改進(jìn)當(dāng)前換料軟件包存在的諸多不足，提高堆物理工程師換料 方案設(shè)計(jì)的質(zhì)量、工作效率，使電站運(yùn)行具有更高的安全性和經(jīng)濟(jì)性，提出了一種基于混合 整數(shù)線性規(guī)劃的坎杜堆換料方案優(yōu)化方法。本專利采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法來求解該換 料方案優(yōu)化問題，建模時(shí)以經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(換料通道數(shù)目最少或通道卸料燃耗最高）作為目標(biāo) 函數(shù)，其他的目標(biāo)與要求全部作為約束條件，將整個(gè)問題分解成兩步求解，每一步分別建立 混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP)的數(shù)學(xué)模型并采用商用求解器進(jìn)行求解，最終得到一周內(nèi)最優(yōu)的 換料方案。第一步，為考慮通道換料的后效，以換料通道數(shù)目最少為目標(biāo)建立候選通道選擇 模型，進(jìn)行連續(xù)16周的換料方案優(yōu)化。建模時(shí)加入對(duì)堆芯剩余反應(yīng)性和區(qū)域反應(yīng)性分布的 約束，使區(qū)域反應(yīng)性分布盡量接近目標(biāo)值。堆芯參數(shù)計(jì)算采用零維線性反應(yīng)性模型，并假設(shè) 堆芯維持時(shí)均功率分布不變。通過求解候選通道選擇模型得到每個(gè)周的換料通道組合，并 將前面兩周的換料通道組合作為第二步優(yōu)化的候選通道。第二步，堆物理工程師首先依據(jù) 反應(yīng)堆未來一周的運(yùn)行要求給出周換料計(jì)劃，然后以平均卸料燃耗最深為目標(biāo)建立周換料 方案優(yōu)化模型，同時(shí)考慮反應(yīng)堆運(yùn)行的諸多要求，在模型中加入相應(yīng)的約束條件?？紤]到 換料方案設(shè)計(jì)的時(shí)效性要求，為了快速評(píng)價(jià)大量的換料方案，提出了一個(gè)三維堆芯計(jì)算模 型-線性敏感矩陣方法。它借助預(yù)先形成的敏感矩陣，無需耗時(shí)的三維擴(kuò)散方程求解，僅經(jīng) 過簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算就能較為準(zhǔn)確且快速的計(jì)算出主要堆芯參數(shù)，完成換料方案的評(píng)價(jià)。通 過求解周換料方案優(yōu)化模型，最終得到一周內(nèi)每個(gè)換料日的換料通道組合。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于混合整數(shù)規(guī)劃線性規(guī)劃的坎 杜堆換料方案優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，候選通道選擇：利用通道間燃耗特性的不同，建立考慮換料后效的數(shù)學(xué)優(yōu) 化模型，從而確定出通道換料的時(shí)間順序；在確定候選通道時(shí)，堆芯物理模型主要基于以下 兩個(gè)假設(shè)：1)堆芯功率始終維持目標(biāo)功率分布不變；2)堆芯反應(yīng)性可用"零維線性反應(yīng)性 模型"表示；
[0008] 步驟1. 1，構(gòu)建堆芯物理模型，用于確定堆芯剩余反應(yīng)性：
[0009] 步驟1. 1. 1,確定全堆剩余反應(yīng)性p COTe :
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于混合整數(shù)規(guī)劃線性規(guī)劃的坎杜堆換料方案優(yōu)化方法，其特征在于包括以下 步驟： 步驟1，候選通道選擇：利用通道間燃耗特性的不同，建立考慮換料后效的數(shù)學(xué)優(yōu)化模 型，從而確定出通道換料的時(shí)間順序；在確定候選通道時(shí)，堆芯物理模型主要基于以下兩個(gè) 假設(shè)：1)堆芯功率始終維持目標(biāo)功率分布不變；2)堆芯反應(yīng)性可用"零維線性反應(yīng)性模型" 表不； 步驟1. 1，構(gòu)建堆芯物理模型，用于確定堆芯剩余反應(yīng)性： 步驟I. 1. 1，確定全堆剩余反應(yīng)性p。_ :
其中，p i為燃料通道i的反應(yīng)性，它是通道平均燃耗Oi的函數(shù)，函數(shù)關(guān)系由柵元計(jì)算 程序擬合得到；燃耗Oi由駐留時(shí)間乘以時(shí)均功率得到&為燃料通道i的時(shí)均功率份額， 由堆芯的時(shí)均功率分布獲得； 步驟I. 1. 2,在步驟I. I. 1同時(shí)，確定徑向7個(gè)液體區(qū)域控制裝置剩余反應(yīng)性；以區(qū)域j 為例，其剩余反應(yīng)性P 可表示為：
其中，為區(qū)域j所包含的燃料通道數(shù)目，f/為燃料通道i相對(duì)于區(qū)域j的時(shí)均 功率的功率份額，P i，Qi意義同公式（1); 步驟1. 2,構(gòu)建候選通道選擇模型：候選通道選擇模型以周為單位確定通道換料的時(shí) 間點(diǎn)，同時(shí)規(guī)定每周的換料通道同時(shí)進(jìn)入堆芯，并將候選通道選擇模型的時(shí)間跨度取為16 周： 目標(biāo)函數(shù)--候選通道選擇模型的目標(biāo)函數(shù)為16周總的換料通道數(shù)目最少，公式為：
式中，X