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基于神经网络与遗传算法的压水堆堆芯装载方案优化研究

陈刚 邹建 刘仕倡 蔡云 王连杰

陈刚, 邹建, 刘仕倡, 蔡云, 王连杰. 基于神经网络与遗传算法的压水堆堆芯装载方案优化研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080038
引用本文: 陈刚, 邹建, 刘仕倡, 蔡云, 王连杰. 基于神经网络与遗传算法的压水堆堆芯装载方案优化研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080038
Research on Optimization of Pressurized Water Reactor Core Loading Pattern Based on Neural Network and Genetic Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080038
Citation: Research on Optimization of Pressurized Water Reactor Core Loading Pattern Based on Neural Network and Genetic Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080038

基于神经网络与遗传算法的压水堆堆芯装载方案优化研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080038
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目;国家自然科学基金;国家自然科学基金

Research on Optimization of Pressurized Water Reactor Core Loading Pattern Based on Neural Network and Genetic Algorithm

  • 摘要: 堆芯装载(Loading Pattern,LP)优化可以提高反应堆的安全性和经济性,但是其优化过程需要大量耗时计算和丰富的人工经验。针对堆芯LP方案的快速评价问题,本研究利用全连接神经网络(Fully Connected Neural Network,FCNN)和卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)生成大亚湾首循环堆芯的中子学参数快速预测模型,实现了压水堆堆芯LP方案的快速评价。通过堆芯计算程序DONJON和堆芯程序对预测模型的泛化能力和精度进行验证。针对堆芯优化方案的全局搜索问题,利用非支配排序遗传算法(Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA)对大亚湾首循环堆芯进行LP方案多目标优化并通过NSGA算法的参数调整提升了优化效果。结果表明NSGA系列算法可以用于包括堆芯LP优化在内的不同类型的核设计优化问题,并可以弥补人工搜索方案全局性差的缺点,同时NSGA算法结合超算的并行优化可以极大提高优化效率。针对堆芯LP方案快速优化的问题,利用基于GPU并行下的神经网络预测模型和NSGA算法开发联合优化程序,实现了大亚湾首循环堆芯LP方案的快速优化。通过联合优化程序与“DONJON+NSGA”的优化结果比较,结果表明神经网络-遗传算法的联合优化程序能够得到结果比较接近的堆芯LP方案,同时将优化时间缩短了99%以上。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-14
  • 录用日期:  2024-11-26
  • 修回日期:  2024-11-26
  • 网络出版日期:  2025-01-23

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