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核电源运行工况数据同化技术研究

祁琳 王庶光 王学松 金钊

祁琳, 王庶光, 王学松, 金钊. 核电源运行工况数据同化技术研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 236-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060004
引用本文: 祁琳, 王庶光, 王学松, 金钊. 核电源运行工况数据同化技术研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 236-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060004
Qi Lin, Wang Shuguang, Wang Xuesong, Jin Zhao. Research on Data Assimilation Technology for Nuclear Power Source Operating Conditions[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 236-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060004
Citation: Qi Lin, Wang Shuguang, Wang Xuesong, Jin Zhao. Research on Data Assimilation Technology for Nuclear Power Source Operating Conditions[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 236-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060004

核电源运行工况数据同化技术研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060004
基金项目: 中国原子能科学研究院稳定性基础科研项目(24925)
详细信息
    作者简介:

    祁 琳(1993—),女,硕士研究生,现主要从事反应堆数字孪生方面的研究,E-mail: 164813874@qq.com

    通讯作者:

    王学松,E-mail: 13522551554@163.com

  • 中图分类号: TL334

Research on Data Assimilation Technology for Nuclear Power Source Operating Conditions

  • 摘要: 为使空间核电源的仿真模型输出更接近真实数据,实现在轨运行阶段的天地同步和数字孪生,为远程诊断和预测奠定基础,本文采用集合卡尔曼滤波同化方法,结合空间堆热工水力仿真程序TASTIN开发了数据同化模块,并对核电源启动、反应性引入及紧急停堆工况进行了测试,结果表明在这三种瞬态工况数据同化实验中,各运行参数的同化效率均能达到90%以上,因此,本文提出的数据同化方法能够有效校正仿真模型。

     

  • 图  1  基于时间滞后法的集合样本生成

    Figure  1.  Ensemble Sample Generation Based on Time-lag Method

    图  2  数据同化双实验测试和分析流程

    Figure  2.  Testing and Analysis Workflow of the Twin Experiment on Data Assimilation

    图  3  基于EnKF的数据同化模块计算流程图

    Figure  3.  Calculation Flowchart of Data Assimilation Module Based on EnKF

    图  4  启动工况各参数数据同化结果

    Figure  4.  Data Assimilation Results under Startup Condition

    图  5  反应性引入工况数据同化结果

    Figure  5.  Data Assimilation Results under Reactivity Insertion Condition

    图  6  紧急停堆工况数据同化结果

    Figure  6.  Data Assimilation Results under Emergency Shutdown Condition

    表  1  双实验程序对比表

    Table  1.   Code Comparison for Twin Experiment

    程序 SSAC TASTIN
    基本功能  用于热离子型反应堆及试验装置的设计基准事故分析  用于热离子型反应堆启动、停堆及事故安全特性分析
    关键模型  点堆模型、固体传热、冷却剂流动传热、回路压降等  与SSAC程序相比,增加了热电转换模型、热管启动模型、反应性控制系统模型等
    基本假设  控制容积平衡  不可压缩
    求解算法  高斯赛德尔迭代法  吉尔算法
    编程语言  FORTRAN95  FORTRAN77
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    表  2  启动工况数据同化评价参数统计

    Table  2.   Data Assimilation Evaluation Parameters under Startup Condition

    参数名称误差类型MSERMSEMAEAE/%
    燃料芯块温度原始仿真误差1.03×1053.21×1023.02×102
    同化后误差1.56×1021.25×1011.24×10199.85
    发射极温度原始仿真误差9.08×1043.13×1022.94×102
    同化后误差3.58×1021.89×1011.88×10199.63
    接收极温度原始仿真误差7.24×1038.51×1018.25×101
    同化后误差5.33×1022.31×1019.8092.64
    冷却剂进口温度原始仿真误差6.20×1037.88×1017.63×101
    同化后误差3.51×1021.87×1011.06×10194.34
    冷却剂出口温度原始仿真误差6.56×1038.10×1017.86×101
    同化后误差2.81×1021.68×1018.6695.71
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    表  3  反应性引入工况数据同化评价参数统计

    Table  3.   Data Assimilation Evaluation Parameters under Reactivity Insertion Condition

    参数名称误差类型MSERMSEMAEAE/%
    核功率原始仿真误差9.09×1099.53×1044.86×104
    同化后误差4.57×1082.14×1044.36×10394.97
    燃料芯块温度原始仿真误差1.12×1053.35×1023.01×102
    同化后误差2.22×1014.714.5999.98
    发射极温度原始仿真误差6.41×1042.53×1022.35×102
    同化后误差1.22×1033.49×1013.27×10198.10
    接收极温度原始仿真误差6.55×1022.56×1012.33×101
    同化后误差5.282.302.1299.19
    冷却剂进口温度原始仿真误差3.98×1022.00×1011.97×101
    同化后误差8.622.942.8397.83
    冷却剂出口温度原始仿真误差3.46×1021.86×1011.61×101
    同化后误差1.40×1013.743.6695.97
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    表  4  紧急停堆工况数据同化评价参数统计值

    Table  4.   Data Assimilation Evaluation Parameters under Emergency Shutdown Condition

    参数名称 误差类型 MSE RMSE MAE AE/%
    核功率 原始仿真误差 2.89×106 1.70×103 1.57×103
    同化后误差 5.87×103 7.66×101 3.51×101 99.80
    燃料芯块温度 原始仿真误差 8.36×103 9.14×101 8.82×101
    同化后误差 3.34×103 1.83 1.49 99.96
    发射极温度 原始仿真误差 5.23 7.23×101 6.97×101
    同化后误差 5.59×101 7.48 4.30 98.93
    接收极温度 原始仿真误差 7.35×101 8.57 7.38
    同化后误差 2.28 1.51 1.24 96.93
    冷却剂进口温度 原始仿真误差 3.08×102 1.76×101 1.60×101
    同化后误差 2.86 1.69 1.53 99.07
    冷却剂出口温度 原始仿真误差 1.93×102 1.39×101 1.24×101
    同化后误差 2.69 1.64 1.51 98.61
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-03
  • 修回日期:  2024-07-15
  • 网络出版日期:  2025-06-09
  • 刊出日期:  2025-06-09

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