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基于组合特征筛选与时序卷积网络的反应堆轴向功率偏差预测方法研究

陈静 陈彦 江灏 段鹏斌 林蔚青 邱星华 许勇

陈静, 陈彦, 江灏, 段鹏斌, 林蔚青, 邱星华, 许勇. 基于组合特征筛选与时序卷积网络的反应堆轴向功率偏差预测方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(2): 239-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090021
引用本文: 陈静, 陈彦, 江灏, 段鹏斌, 林蔚青, 邱星华, 许勇. 基于组合特征筛选与时序卷积网络的反应堆轴向功率偏差预测方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(2): 239-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090021
Chen Jing, Chen Yan, Jiang Hao, Duan Pengbin, Lin Weiqing, Qiu Xinghua, Xu Yong. Research on Prediction Method of Reactor Axial Power Deviation Based on Combined Feature Selection and Temporal Convolutional Network[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(2): 239-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090021
Citation: Chen Jing, Chen Yan, Jiang Hao, Duan Pengbin, Lin Weiqing, Qiu Xinghua, Xu Yong. Research on Prediction Method of Reactor Axial Power Deviation Based on Combined Feature Selection and Temporal Convolutional Network[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(2): 239-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090021

基于组合特征筛选与时序卷积网络的反应堆轴向功率偏差预测方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090021
基金项目: 福建省自然科学基金面上项目(2022J01566)
详细信息
    作者简介:

    陈 静(1988—),女,副教授,现主要从事智能电器与设备故障检测的研究,E-mail: chenj@fzu.edu.cn

    通讯作者:

    江 灏,E-mail: jiangh@fzu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Research on Prediction Method of Reactor Axial Power Deviation Based on Combined Feature Selection and Temporal Convolutional Network

  • 摘要: 反应堆轴向功率偏差能够反映堆芯轴向功率分布和反应堆的运行情况,针对轴向功率偏差在变工况下预测困难的问题,该文提出一种基于组合特征筛选与时序卷积网络(TCN)的反应堆轴向功率偏差预测方法。以轴向功率偏差控制的基本原则为出发点,分析影响轴向功率偏差变化的因素,综合分析多维特征间的冗余度与相关性,利用组合特征筛选策略形成面向轴向功率偏差预测的最优特征子集,构建面向轴向功率偏差预测的关键关联特征数据,输入至TCN捕捉动态因果关系,以实现反应堆轴向功率偏差预测。实验研究表明,该文所提轴向功率偏差预测方法可深度挖掘反应堆轴向功率偏差相关参量的时序因果变化特性,准确预测轴向功率偏差发展态势,解决传统预测模型在复杂工况下预测跟踪不及时的问题,对核电厂反应堆状态监测和安全运行提供辅助参考的依据。

     

  • 图  1  基于组合特征筛选与TCN的轴向功率偏差预测框架

    Figure  1.  Framework for Axial Power Deviation Prediction Based on Combined Feature Selection and TCN

    图  2  组合特征筛选流程图

    Figure  2.  Flowchart of Combined Feature Selection

    图  3  因果卷积结构(左)和扩张卷积结构(右)

    Figure  3.  Structure of Causal Convolution (left) and Structure of Dilated Causal Convolution (right)

    图  4  残差块内部结构

    Figure  4.  Internal Structure of Residual Block

    图  5  轴向功率偏差数据集

    %FP—反应堆满功率运行状态下的百分比值

    Figure  5.  Axial Power Deviation Data Set

    图  6  有效特征间最大信息系数值

    Figure  6.  MIC Values Between Effective Features

    图  7  有效特征组合∆I预测结果

    Figure  7.  Prediction Results of Effective Feature Combined ∆I

    图  8  卷积核大小、学习率参数寻优

    Figure  8.  Parameter Optimization of Convolution Kernel Size and Learning Rate

    图  9  有/无最优特征子集15步∆I预测结果

    Figure  9.  15-step ∆I Prediction Results with/without Optimal Feature Subset

    图  10  不同模型∆I预测结果与误差对比

    Figure  10.  Comparison of Prediction Results and Error by Different Models for ∆I

    表  1  初始关联特征集描述

    Table  1.   Description of Initial Association Feature Set

    特征符号 特征含义 特征符号 特征含义 特征符号 特征含义
    I 轴向功率偏差 R7 控制棒7棒位 f12 控制棒2棒位变化率
    I1 第1段探测器电流 R8 控制棒8棒位 f13 控制棒3棒位变化率
    I2 第2段探测器电流 f1 轴向功率偏差变化率 f14 控制棒4棒位变化率
    I3 第3段探测器电流 f2 第1段探测器电流变化率 f15 控制棒5棒位变化率
    I4 第4段探测器电流 f3 第2段探测器电流变化率 f16 控制棒6棒位变化率
    I5 第5段探测器电流 f4 第3段探测器电流变化率 f17 控制棒7棒位变化率
    I6 第6段探测器电流 f5 第4段探测器电流变化率 f18 控制棒8棒位变化率
    R1 控制棒1棒位 f6 第5段探测器电流变化率 Ia1 上半部探测器电流平均值
    R2 控制棒2棒位 f7 第6段探测器电流变化率 Ia2 下半部探测器电流平均值
    R3 控制棒3棒位 f8 上半部探测器电流变化率 Ia3 各段探测器电流平均值
    R4 控制棒4棒位 f9 下半部探测器电流变化率 Id1 上、下半部探测器电流之差
    R5 控制棒5棒位 f10 上、下半部探测器电流差变化率 Rs1 所有控制棒棒位之和
    R6 控制棒6棒位 f11 控制棒1棒位变化率 Rs2 所有控制棒棒位变化率之和
    下载: 导出CSV

    表  2  有效特征预测结果

    Table  2.   Prediction Results of Effective Features

    特征 δRMSE/%FP
    第1次 第2次 第3次 平均值 误差提升量
    I 0.1800 0.2023 0.1633 0.1818
    Rs1 0.0763 0.1137 0.0523 0.0808 0.1011
    R2 0.0925 0.0968 0.1003 0.0965 0.0853
    R6 0.1170 0.1443 0.0859 0.1157 0.0661
    R7 0.0952 0.1204 0.1368 0.1175 0.0644
    R3 0.1510 0.1221 0.1013 0.1248 0.0570
    R4 0.1206 0.1178 0.1553 0.1312 0.0506
    R5 0.1514 0.1437 0.0993 0.1315 0.0504
    R1 0.1614 0.1463 0.1133 0.1403 0.0415
    R8 0.1858 0.1542 0.0988 0.1463 0.0356
    f9 0.1649 0.1410 0.1904 0.1654 0.0164
    f4 0.1868 0.1507 0.1778 0.1718 0.0101
    f5 0.1805 0.1768 0.1625 0.1733 0.0086
    f10 0.1740 0.1739 0.1793 0.1757 0.0061
    f8 0.1880 0.1532 0.1971 0.1794 0.0024
    f3 0.1661 0.1860 0.1883 0.1801 0.0017
    f6 0.1841 0.1570 0.2003 0.1805 0.0013
    下载: 导出CSV

    表  3  TCN重要超参数设定

    Table  3.   Important Hyperparameter Settings of TCN

    参数描述设定值
    批处理大小128
    学习率0.005
    卷积核大小5
    训练迭代次数50
    各卷积层卷积核个数{16,32,16}
    优化器Adam
    下载: 导出CSV

    表  4  有/无最优特征子集效果对比

    Table  4.   Effect Comparison with/without Optimal Feature Subset

    预测
    结果
    误差类型δRMSE/%FPδMAPE/%
    预测步数5101551015
    整体S*0.0480.0700.0881.1051.6521.878
    S*0.0690.0870.1271.4731.6722.037
    局部S*0.0580.0810.1061.3621.8692.479
    S*0.1070.1780.2992.2093.5305.724
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-11
  • 修回日期:  2024-09-28
  • 网络出版日期:  2025-01-23
  • 刊出日期:  2025-04-15

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