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反应堆冷却剂系统异常运行事件智能诊断与监测方法研究

姚源涛 者娜 雍诺 夏冬琴 戈道川 郁杰

姚源涛, 者娜, 雍诺, 夏冬琴, 戈道川, 郁杰. 反应堆冷却剂系统异常运行事件智能诊断与监测方法研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080023
引用本文: 姚源涛, 者娜, 雍诺, 夏冬琴, 戈道川, 郁杰. 反应堆冷却剂系统异常运行事件智能诊断与监测方法研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080023
Yao Yuantao, Zhe Na, Yong Nuo, Xia Dongqin, Ge Daochuan, Yu Jie. Intelligent Diagnosis and Monitoring for Abnormal Operation Event of Reactor Coolant System[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080023
Citation: Yao Yuantao, Zhe Na, Yong Nuo, Xia Dongqin, Ge Daochuan, Yu Jie. Intelligent Diagnosis and Monitoring for Abnormal Operation Event of Reactor Coolant System[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080023

反应堆冷却剂系统异常运行事件智能诊断与监测方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080023
基金项目: 中国博士后科学基金面上项目(2022M713186); 国家自然科学基金项目(72204246)
详细信息
    作者简介:

    姚源涛(1992—),男,助理研究员,现主要从反应堆系统智能故障诊断与健康管理研究,E-mail: yaoyt@inest.cas.cn

  • 中图分类号: TL364.9

Intelligent Diagnosis and Monitoring for Abnormal Operation Event of Reactor Coolant System

  • 摘要: 为解决传统基于深度学习(DL)的智能故障诊断模型无法监测系统未知异常运行事件的问题,本研究基于变分推断的概率深度神经网络(VI-PDNN)构建反应堆冷却剂系统智能诊断框架,对异常事件类别实现诊断同时量化评估输出结果的不确定性。该框架能够有效利用已知与未知运行事件的不确定性差异实现对未知异常运行事件的有效监测预警。最后,基于已建立反应堆模拟机仿真数据对本文提出方法进行验证。研究结果表明,提出的方法不仅能够针对系统已知事件获取较高的诊断精度,同时能有效监测预警未知异常事件,为实际环境下反应堆系统运行实时智能状态诊断与监测提供一种有效技术手段。

     

  • 图  1  基于VI-PDNN模型的智能诊断与监测流程

    Figure  1.  Intelligent Diagnosis and Monitoring Process based on VI-PDNN Model

    图  2  时空状态矩阵移动窗口示意图

    Figure  2.  Diagram of Sliding Window of Spatio-Temporal State Matrix

    图  3  VI-PDNN模型结构

    Figure  3.  The structure of VI-PDNN model

    图  4  已知事件与B-1异常事件混淆矩阵结果比较

    Figure  4.  Comparison of Confusion Matrix between Known Events and B-1 Abnormal Event

    图  5  已知事件与B-2异常事件混淆矩阵结果比较

    Figure  5.  Comparison of Confusion Matrix between Known Events and B-2 Abnormal Event

    图  6  不同方法针对B-1异常事件的不确定性评估结果

    Figure  6.  Uncertainty Evaluation Results of Different Methods for B-1 Abnormal Event

    图  7  不同方法针对B-2异常事件的不确定性评估结果

    Figure  7.  Uncertainty Evaluation Results of Different Methods for B-2 Abnormal Event

    图  8  不同方法模型训练与测试评估时间对比

    Figure  8.  Comparisons of Model Training and Testing Time with Different Methods

    表  1  反应堆冷却剂系统运行已知与未知事件

    Table  1.   Known and Unknown Operation Events for

    事件编号 事件详细信息 事件类型
    N-1 稳态运行 已知
    N-2 反应堆功率升高10% 已知
    N-3 反应堆功率升高20% 已知
    A-1 冷却剂丧失事故 5% 已知
    A-2 一回路主泵转速下降50% 已知
    A-3 一回路主泵卡轴 已知
    A-4 给水泵转速下降50% 已知
    A-5 给水泵卡轴 已知
    B-1 意外的反应性引入事故 未知
    B-2 冷却剂丧失事故 20% 未知
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    表  2  不同方法针对已知事件的诊断性能对比

    Table  2.   Comparison of Diagnostic Performance for Known Events with Different Methods

    模型平均准确率平均F1分数
    传统模型94%89%
    提出的方法98%99%
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    表  3  不同方法针对异常事件的检测率对比

    Table  3.   Comparisons of Abnormal Event Detection Rates with Different Methods

    模型类别 异常事件检测率
    B-1 B-2
    深度集成方法 78% 74%
    MC Dropout 方法 92% 100%
    提出的方法 100% 100%
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘才学,罗能,何攀,等. 反应堆关键设备健康监测与故障诊断技术研究进展[J]. 核动力工程,2023, 44(3): 8-20.
    [2] 张恒,吕雪,刘东,等. 核电人工智能应用: 现状、挑战和机遇[J]. 核动力工程,2023, 44(1): 1-8.
    [3] 朱少民,夏虹,彭彬森,等. 基于PCA的主泵传感器状态监测模型[J]. 核动力工程,2020, 41(3): 170-176.
    [4] YAO Y T, WANG J, XIE M, et al. A new approach for fault diagnosis with full-scope simulator based on state information imaging in nuclear power plant[J]. Annals of Nuclear Energy, 2020, 141: 107274. doi: 10.1016/j.anucene.2019.107274
    [5] YU Y, PENG M J, WANG H, et al. Improved PCA model for multiple fault detection, isolation and reconstruction of sensors in nuclear power plant[J]. Annals of Nuclear Energy, 2020, 148: 107662. doi: 10.1016/j.anucene.2020.107662
    [6] 曹桦松,孙培伟. 基于PCA-RBF神经网络的小型压水堆故障诊断方法研究[J]. 仪器仪表用户,2021, 28(1): 49-55.
    [7] LEE G, LEE S J, LEE C. A convolutional neural network model for abnormality diagnosis in a nuclear power plant[J]. Applied Soft Computing, 2021, 99: 106874. doi: 10.1016/j.asoc.2020.106874
    [8] 邓强,王航,彭敏俊,等. 基于时间卷积胶囊网络的核动力装置事故诊断技术研究[J]. 原子能科学技术,2023, 57(2): 302-312. doi: 10.7538/yzk.2022.youxian.0218
    [9] NGUYEN H P, LIU J, ZIO E. A long-term prediction approach based on long short-term memory neural networks with automatic parameter optimization by Tree-structured Parzen Estimator and applied to time-series data of NPP steam generators[J]. Applied Soft Computing, 2020, 89: 106116. doi: 10.1016/j.asoc.2020.106116
    [10] 孙原理,宋志浩. 基于卷积长短期记忆网络和人工鲸鱼算法的核反应堆运行事件诊断方法研究[J]. 核动力工程,2022, 43(4): 185-190.
    [11] WILSON A G, IZMAILOV P. Bayesian deep learning and a probabilistic perspective of generalization[C]//Proceedings of the 34th International Conference on Neural Information Processing Systems. Vancouver: NeurIPS, 2020: 4697-4708.
    [12] MISHRA S, AYYUB B M. Shannon entropy for quantifying uncertainty and risk in economic disparity[J]. Risk Analysis, 2019, 39(10): 2160-2181. doi: 10.1111/risa.13313
    [13] 姚源涛. 基于深度知识迁移的新型核系统诊断预测与容错技术研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学,2021.
    [14] YAO Y T, WANG J Y, XIE M. Adaptive residual CNN-based fault detection and diagnosis system of small modular reactors[J]. Applied Soft Computing, 2022, 114: 108064. doi: 10.1016/j.asoc.2021.108064
    [15] Rahaman R. Uncertainty quantification and deep ensembles[J]. Advances in neural information processing systems, 2021, 34: 20063-20075.
    [16] SADR M A M, GANTE J, CHAMPAGNE B, et al. Uncertainty estimation via Monte Carlo Dropout in CNN-based mmWave MIMO localization[J]. IEEE Signal Processing Letters, 2022, 29: 269-273. doi: 10.1109/LSP.2021.3130504
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-13
  • 修回日期:  2024-09-23
  • 网络出版日期:  2025-01-15

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