一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法及系统

1.本发明属于核反应堆控制技术领域，具体涉及一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法及系统。


背景技术：

2.压水堆是目前世界上应用最广泛的核电厂堆型之一，其启堆过程不仅仅是反应堆的启动，还包含了外围各类辅助系统的协调运行，从原理上说启动过程就是反应堆功率提升过程，需要各辅助系统基于能量平衡关系配合完成热量输出，其过程关系到核反应堆以及核电厂的运行稳定性和安全性。传统的核反应堆启动过程，需要手动操作、人工确认等，花费大量的时间和人工，同时由于时间长和存在人工干预，有人因失误的概率，因此存在一定的风险和不确定性，容易产生误/漏操作，造成经济损失或安全问题。为了降低人工干预对启动过程的影响，提高启动过程的效率和稳定性，本发明提出了一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，该方法可在满足各类约束条件的情况下根据能量平衡关系协调控制在压水堆核电厂启动中的各类辅助系统，快速启动核反应堆，缩短启动时间，提高了核电站的生产效率，相比传统启动方法，全自动启堆方法需要的操作人员更少，从而降低操作成本，提高经济性。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法及系统，用于解决目前压水堆核电厂启动过程操作员任务重，启动时间长，启动过程自动化程度低的技术问题。
4.本发明采用以下技术方案：
5.一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，包括以下步骤：
6.s1、建立核电厂启动过程的系统模型；
7.s2、基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；
8.s3、建立全局优化框架，基于步骤s1建立的系统模型和步骤s2得到的约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；
9.s4、基于步骤s3得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。
10.具体的，步骤s1中，根据压水堆核电厂的启动运行流程和各辅助系统的具体设计内容建立核电厂启动过程的系统模型；在压水堆核电厂启动运行中，核电厂产生的总热量与各类辅助系统带走的热量之间保持平衡。
11.进一步的，核电厂产生的总热量包括裂变反应产生的热量、主泵产生的热量、稳压器电加热器产生的热量，辅助系统包括余热排出系统，汽轮机旁路系统和冷却水系统。
12.具体的，步骤s2中，基于压水堆核电厂的启动运行流程和运行p-t图，将核电厂启动过程划分为系统级，优化目标函数j(z)是启动过程所需的总时间，具体如下：
13.j(z)＝mintime
启动
14.其中，time
启动
为一次的启动过程所需的总时间。
15.具体的，步骤s2中，将参与启动过程的每个辅助系统均划分至学科级，优化目标函数time
学科i
如下：
[0016][0017]
其中，ji(xi)为第i个学科在系统级的优化目标函数，x
ij
为学科级返回的最优解。
[0018]
进一步的，约束条件如下：
[0019]ki
《0,ei＝0
[0020]
其中，ki为学科数学模型需满足的不等式类型约束，ei为该学科数学模型需满足的等式约束。
[0021]
具体的，步骤s3具体为：
[0022]
s301、基于s1中建立的压水堆核电厂启堆过程系统模型和s2中研究的目标优化函数以及约束条件等，初始化协同优化框架中系统级的相关变量和设计参数，将其作为各学科的期望参数并分配至相应的学科；
[0023]
s302、在满足各自学科内的约束条件的基础上，通过优化算法求解优化目标函数；
[0024]
s303、判断步骤s301得到的结果是否收敛，如果满足收敛条件，则判断是否还需要继续优化迭代，如果不需要优化迭代则结束，得到全局优化的最优解，。
[0025]
进一步的，步骤s302中，当需要继续优化时，将生成的系统最优解设计变量传递至学科级进行迭代优化，若不满足需求则生成新的设计变量作为系统级初始化的最优解设计变量，重复步骤s302和步骤s303。
[0026]
具体的，步骤s4具体为：
[0027]
基于步骤s3得到的优化曲线，通过模拟机或高精度模型对优化曲线进行仿真测试验证，根据仿真结果确定不符合项或风险点，分析不符合项或风险点的来源是优化算法问题还是目标或约束条件设置问题，如果是优化算法问题，则重复步骤s3进行结果修正和优化，如果是目标或约束条件设置问题，返回步骤s2中完善目标函数和约束方程，随后重复步骤s3进行优化计算。
[0028]
第二方面，本发明实施例提供了一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆系统，其特征在于，包括：
[0029]
系统模块，建立核电厂启动过程的系统模型；
[0030]
条件模块，基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；
[0031]
计算模块，建立全局优化框架，基于系统模块建立的系统模型和条件模块得到的约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；
[0032]
输出模块，基于计算模块得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。
[0033]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0034]
一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，基于核电厂启动运行流程、运行压力-温度(p-t)图和各辅助系统设备的功能状态和控制性能，在此基础上依照协同优化原理划分系统级和学科级，将复杂的启动过程问题分解为多个控制回路的设定值曲线优化问题，基于所建立全局优化框架，根据约束条件和优化目标函数求解得出相应的优化结果，通过优化结果确定的各设定值随时间变化曲线进行核电厂各类系统的协调启动，使启堆过程快速准确地完成。
[0035]
进一步的，通过基于压水堆核电厂的启动运行流程，研究其过程中涉及的多个辅助系统的具体设计内容，建立核电厂的系统模型，用于后续进行优化目标的求解和优化；通过建立计算速度快且满足核电厂启动流程运行的基础需求的系统模型，加速后续优化算法的迭代计算过程；通过设置核电厂产生的总热量与各类辅助系统带走的热量之间保持平衡的基本条件，使得整个启动过程的各辅助系统设计满足基本的能量守恒，使整个系统保持稳定。
[0036]
进一步的，将压水堆核电厂的启动运行过程看作一个能量平衡过程，通过具体分析计算启动过程中各个时间段核电厂产生的总热量包括在包括裂变反应产生的热量、主泵产生的热量、稳压器电加热器产生的热量等，各类辅助系统带走的总热量包括余热排出系统，汽轮机旁路系统和冷却水系统等带走的热量等，基于能量守恒定理制定后续协同优化的约束条件，保证算法给出的优化控制曲线满足能量守恒定理。
[0037]
进一步的，将复杂的核电厂启动过程分解成一个系统级与一个学科级，其中核电厂整体启动过程划分为系统级，并将启动过程所需的总时间time
启动
作为优化目标函数，其约束条件跟随各个学科的约束条件，其目的是后续根据该优化目标函数和约束条件输出各个学科的控制系统设定值曲线，保证优化后的控制曲线满足所有约束条件且时间最短，进而安全迅速地完成整个启动过程。
[0038]
进一步的，将每个参与启动过程的辅助系统划分为学科级，负责接收系统级传递下来的设定值并以此为目标，其目标函数是该学科在满足学科约束条件下的运行时间time
学科i
，用于确定优化算法在约束条件下优化的目标，进而用于系统级目标优化函数进行优化。
[0039]
进一步的，根据每个学科研究设置各个学科辅助系统的约束条件，包括各个辅助系统的功能状态和控制系统性能，包括完成调节所需的时间等，其目的是确保目标优化函数给出的控制曲线目标不可超出运行p-t图限制，控制要求不能超出该系统控制性能，并且整个启动过程中时刻满足能量守恒定理。
[0040]
进一步的，将设计后的协同优化框架分为三个子步骤进行设计实现，分别是初始化协同优化框架中系统级的相关变量和设计参数；通过优化算法求解优化目标函数；判断是否还需要继续优化进而得到最优解，其目的是明确协同优化算法的具体实现步骤，根据该步骤确定在整个压水堆启堆过程中各个学科即辅助系统的设定值曲线。
[0041]
进一步的，将需要继续优化的系统最优解设计变量传递至学科级进行迭代优化，若不满足需求则生成新的设计变量作为系统级初始化的最优解设计变量再次重复迭代优化，这种方式可以将单次求解后得到的不好的结果进行迭代直至获得评价中的最优解，确保优化后的控制曲线满足所有约束条件且时间最短。
[0042]
进一步的，通过模拟机或者高精度模型对优化后的控制曲线进行仿真测试验证，根据仿真结果找出不符合项或可能的风险点，进而分析来源并采取相应的处理方式，其目的是再次验证之前优化算法得出的理论上的优化值，进而进行迭代优化去修正可能存在的问题，保证优化后的控制曲线可以安全迅速地完成整个启动过程。
[0043]
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0044]
综上所述，本发明可以快速启动核反应堆，缩短启动时间，提高了核电站的生产效率，降低操作成本，提高经济性。
[0045]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0046]
图1为本发明流程示意图；
[0047]
图2为核电厂启动过程系统级和学科级架构图；
[0048]
图3为压水堆核电厂全自动启堆设计协同优化框架图。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0051]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0052]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0053]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0054]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0055]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例
绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0056]
本发明提供了一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，基于核电厂的启动运行流程和压水堆核电厂系统设计内容，搭建用于优化算法的核电厂系统模型；然后根据启动运行流程和优化目标划分协同优化算法的学科级和系统级，基于压水堆电厂的运行压力-温度(p-t)图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定压水堆核电厂全自动启堆的系统级总体优化目标和总体约束条件，各个学科的优化目标和约束条件；随后建立全局优化框架，通过协同优化算法，对建立的优化目标函数进行求解，并进行结果优化，进而确定各个系统的设定值曲线；最后在模拟机或者高精度模型测试验证优化结果，并对效果不佳的设定值曲线进行迭代优化，直至实现核电厂快速全自动启堆过程。
[0057]
请参阅图1，本发明一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，包括以下步骤：
[0058]
s1、根据压水堆核电厂的启动运行流程和各辅助系统的具体设计内容，建立核电厂启动过程的系统模型，用做后续优化算法求解的被控对象；
[0059]
压水堆核电厂的启动运行过程需要多个辅助系统相互协调作用，从而实现核反应堆的安全启动和稳定运行，其启动过程从本质上来说是一个能量平衡过程，能量平衡是指在压水堆核电厂启动运行中，核电厂产生的总热量包括裂变反应产生的热量、主泵产生的热量、稳压器电加热器产生的热量等与各类辅助系统包括余热排出系统，汽轮机旁路系统和冷却水系统等带走的热量之间的平衡。因此，在电厂启动过程中，各个辅助系统需要相互协调作用，以实现能量平衡，从而保证核反应堆电厂的稳定运行。
[0060]
为了后续进行优化目标的求解和优化，在进行具体设计前，需基于启动运行流程，研究其过程中涉及的多个辅助系统的具体设计内容，建立核电厂的系统模型，同时为了加速后续优化算法的迭代计算过程，该步骤建立的系统模型要求计算速度快，模型以完成核电厂启动流程运行为基础需求进行建立。
[0061]
s2、基于压水堆核电厂的启动运行流程，以此为基础划分系统级和学科级；基于运行压力-温度(p-t)图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，包括完成调节所需的时间等，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；
[0062]
根据协同优化算法原理，典型的多学科设计优化(multidisciplinary design optimization，mdo)方法是将复杂的启动过程分解成一个系统级与一个学科级，学科级中包含多个并行的学科，系统级的优化目标为原问题的目标函数，学科级负责接收系统级传递下来的设定值并以此为目标，各并行学科在本学科的约束下进行优化求解。
[0063]
在核反应堆启动过程中，不同阶段有不同的目标和约束条件需要满足，其总体目标是在满足各个约束条件的情况下，安全迅速地完成整个启动过程，其总体约束条件跟随各个辅助系统的约束条件设定；而对于每个参与启动过程的辅助系统，其目标需根据启动流程确定，其约束条件需要明确各个辅助系统的功能状态和控制系统性能，包括完成调节所需的时间等，针对每个辅助系统研究相应的约束条件。
[0064]
图1为核电厂启动运行p-t图，图中各类阴影部分是启动过程中核电厂一回路压力
和温度的正常限制区间。根据上述，基于压水堆核电厂的启动运行流程和运行p-t图，将核电厂启动过程划分为系统级，其优化目标函数j(z)是启动过程所需的总时间，公式为：
[0065]
j(z)＝mintime
启动
[0066]
其约束条件需跟随各个学科的约束条件，需要说明的是，由于启动过程中多个学科的运行时间在时间轴上可能会有重合，因此启动过程所需的总时间不是单纯的多个学科最优时间的相加关系，启动的总时间需根据启动过程具体分析影响因素，time
启动
为一次的启动过程所需的总时间。
[0067]
将参与启动过程的每个辅助系统均划分至学科级，分别作为一个学科，其优化目标函数如下：
[0068][0069]
其中，ji(xi)为第i个学科在系统级的优化目标函数，x
ij
为学科级返回的最优解。
[0070]
约束条件如下：
[0071]ki
《0,ei＝0
[0072]
其中，ki代表该学科数学模型需满足的不等式类型约束，比如余热排出系统的控制目标不可超出运行p-t图中的温度曲线，控制要求不能超出该系统控制性能等；ei代表该学科数学模型需满足的等式约束，比如能量守恒等。
[0073]
基于上述，核电厂启动过程的系统级和学科级目标优化函数和约束条件架构如图2所示。
[0074]
s3、建立全局优化框架，选取合适的优化算法，基于步骤s1建立的核电厂系统模型和步骤s2得到的约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化，进而确定各个系统优化后的设定值曲线；
[0075]
基于步骤s1和步骤s2，建立全局优化框架，设计具体的信息交互和合作策略，包括通信延迟和信息共享等方面；然后针对步骤s1中建立的系统模型和步骤s2中的压水堆核电厂学科级和系统级的系统特性选择合适的优化策略，包括基于梯度的方法、遗传算法或粒子群算法等，求解目标函数；最后是进行算法评估，设计合适的实验来对其上述求解的结果进行评估和优化，包括优化结果的质量、收敛速度和稳定性等方面，进行迭代和优化，直至满足最后的需求，进而确定在整个压水堆启堆过程中各个学科即辅助系统的设定值曲线，其协同优化框架具体如图3所示，包含如下三个步骤：
[0076]
s301、基于s1中建立的压水堆核电厂启堆过程系统模型和s2中研究的目标优化函数以及约束条件等，初始化协同优化框架中系统级的相关变量和设计参数，将其作为各学科的期望参数并分配至相应的学科；
[0077]
s302、在满足各自学科内的约束条件的基础上，通过优化算法求解优化目标函数，使各学科优化值尽可能逼近期望值；
[0078]
s303、判断结果是否收敛，如果满足收敛条件，则判断是否还需要继续优化迭代，如果不需要优化迭代则结束，得到全局优化的最优解，若需要继续优化则将生成的系统最优解设计变量传递至学科级进行迭代优化，若不满足需求则生成新的设计变量作为系统级初始化的最优解设计变量，重复步骤s302和步骤s303。
[0079]
s4、基于步骤s3得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真
验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。
[0080]
基于步骤s3得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真测试验证，根据仿真结果找出不符合项或可能的风险点，分析其来源是优化算法问题还是目标或约束条件设置问题，如果是优化算法等问题则重复步骤s3进行结果修正和优化，若是目标或约束条件设置问题则回到步骤s2中完善目标函数和约束方程，随后重复步骤s3进行优化计算。
[0081]
本发明再一个实施例中，提供一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆系统，该系统能够用于实现上述基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，具体的，该基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆系统包括系统模块、条件模块、计算模块以及输出模块。
[0082]
其中，系统模块，建立核电厂启动过程的系统模型；
[0083]
条件模块，基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；
[0084]
计算模块，建立全局优化框架，基于系统模块建立的系统模型和条件模块得到的约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；
[0085]
输出模块，基于计算模块得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。
[0086]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法的操作，包括：
[0087]
建立核电厂启动过程的系统模型；基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；建立全局优化框架，基于系统模型和约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；基于得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。
[0088]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的
一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0089]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
[0090]
建立核电厂启动过程的系统模型；基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；建立全局优化框架，基于系统模型和约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；基于得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。
[0091]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0092]
现以某大型压水堆核电厂启动过程中的“稳压器建立汽腔”阶段作为实施例进行具体分析：
[0093]
步骤1：建立该压水堆核电厂可以完成启动过程中稳压器建立汽腔的系统模型，包括一回路系统，化学与容积控制系统，余热排出系统等以及涉及在内的控制系统。
[0094]
步骤2：基于实施例的启动阶段，将“稳压器建立汽腔”的整个阶段作为系统级，并将时间作为优化目标，配置系统级的优化目标函数，约束条件需满足学科级的约束条件；将涉及在内的稳压器电加热器，余热排出流量控制系统，余热排出温度控制系统，一回路压力下泄控制系统，上充流量控制系统等划分至学科级，分别作为一个学科，然后基于核电厂启动p-t图和能量守恒，根据各个控制系统特性和执行器性能以及其他启动过程中的约束条件等确定各个学科的约束条件，进而得到如图2所示例的系统级和学科级架构。
[0095]
步骤3：建立如图3所示的全局优化框架，然后基于步骤1中搭建的系统模型，通过优化算法重复迭代求解步骤2中确定的各个优化目标，进而可以确定优化后的稳压器电加热器，余热排出流量控制系统，余热排出温度控制系统，一回路压力下泄控制系统，上充流量控制系统等系统的随时间变化的设定值曲线。
[0096]
步骤4：通过模拟机或者高精度模型对步骤3中得到的优化设定值曲线进行仿真测试验证，通过仿真验证结果对优化后的设定值曲线再次进行修正和优化迭代，最后得到可以使得稳压器建立汽腔阶段安全快速全自动完成的各类辅助系统随时间变化的控制曲线。
[0097]
综上所述，本发明一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法及系统，在满足各类约束条件的情况下根据能量平衡关系协调控制在压水堆核电厂启动中的各类辅助系统，快速启动核反应堆，缩短启动时间，提高了核电站的生产效率，相比传统启动方法，
全自动启堆方法需要的操作人员更少，从而降低操作成本，提高经济性。
[0098]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0099]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0100]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0101]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0102]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0103]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0104]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(randomaccess memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当
的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0105]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0106]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0107]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0108]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、建立核电厂启动过程的系统模型；s2、基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；s3、建立全局优化框架，基于步骤s1建立的系统模型和步骤s2得到的约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；s4、基于步骤s3得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。2.根据权利要求1所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，步骤s1中，根据压水堆核电厂的启动运行流程和各辅助系统的具体设计内容建立核电厂启动过程的系统模型；在压水堆核电厂启动运行中，核电厂产生的总热量与各类辅助系统带走的热量之间保持平衡。3.根据权利要求2所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，核电厂产生的总热量包括裂变反应产生的热量、主泵产生的热量、稳压器电加热器产生的热量，辅助系统包括余热排出系统，汽轮机旁路系统和冷却水系统。4.根据权利要求1所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，步骤s2中，基于压水堆核电厂的启动运行流程和运行p-t图，将核电厂启动过程划分为系统级，优化目标函数j(z)是启动过程所需的总时间，具体如下：j(z)＝mintime
启动
其中，time
启动
为一次的启动过程所需的总时间。5.根据权利要求1所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，步骤s2中，将参与启动过程的每个辅助系统均划分至学科级，优化目标函数time
学科i
如下：其中，j
i
(x
i
)为第i个学科在系统级的优化目标函数，x
ij
为学科级返回的最优解。6.根据权利要求5所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，约束条件如下：k
i
<0,e
i
＝0其中，k
i
为学科数学模型需满足的不等式类型约束，e
i
为该学科数学模型需满足的等式约束。7.根据权利要求1所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，步骤s3具体为：s301、基于s1中建立的压水堆核电厂启堆过程系统模型和s2中研究的目标优化函数以及约束条件等，初始化协同优化框架中系统级的相关变量和设计参数，将其作为各学科的期望参数并分配至相应的学科；s302、在满足各自学科内的约束条件的基础上，通过优化算法求解优化目标函数；s303、判断步骤s301得到的结果是否收敛，如果满足收敛条件，则判断是否还需要继续优化迭代，如果不需要优化迭代则结束，得到全局优化的最优解。
8.根据权利要求7所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，步骤s302中，当需要继续优化时，将生成的系统最优解设计变量传递至学科级进行迭代优化，若不满足需求则生成新的设计变量作为系统级初始化的最优解设计变量，重复步骤s302和步骤s303。9.根据权利要求1所述的基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法，其特征在于，步骤s4具体为：基于步骤s3得到的优化曲线，通过模拟机或高精度模型对优化曲线进行仿真测试验证，根据仿真结果确定不符合项或风险点，分析不符合项或风险点的来源是优化算法问题还是目标或约束条件设置问题，如果是优化算法问题，则重复步骤s3进行结果修正和优化，如果是目标或约束条件设置问题，返回步骤s2中完善目标函数和约束方程，随后重复步骤s3进行优化计算。10.一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆系统，其特征在于，包括：系统模块，建立核电厂启动过程的系统模型；条件模块，基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；计算模块，建立全局优化框架，基于系统模块建立的系统模型和条件模块得到的约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；输出模块，基于计算模块得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。

技术总结
本发明公开了一种基于协同优化的压水堆核电厂全自动启堆方法及系统，建立核电厂启动过程的系统模型；基于压水堆核电厂的启动运行流程划分系统级和学科级；基于运行压力-温度图和各个辅助系统的功能状态和控制性能，确定系统级和学科级中各个学科的启动优化目标和约束条件；建立全局优化框架，基于系统模型和约束条件进行优化目标函数求解，并对结果进行优化得到优化曲线；基于得出的优化曲线，通过模拟机或者高精度模型对优化值进行仿真验证，并找出优化后的不符合项或可能的风险点，进行修正和优化迭代。快速启动核反应堆，缩短启动时间，提高了核电站的生产效率，降低操作成本，提高经济性。提高经济性。提高经济性。


技术研发人员：孙培伟 张琦 魏新宇 肖龙昊
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/13