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基于Modelica的核动力装置参数全局优化分析

郝承明 刘立志 韩一夫 夏军宝 喻巧 刘承敏 王杰

郝承明, 刘立志, 韩一夫, 夏军宝, 喻巧, 刘承敏, 王杰. 基于Modelica的核动力装置参数全局优化分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 28-34. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0028
引用本文: 郝承明, 刘立志, 韩一夫, 夏军宝, 喻巧, 刘承敏, 王杰. 基于Modelica的核动力装置参数全局优化分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 28-34. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0028
Hao Chengming, Liu Lizhi, Han Yifu, Xia Junbao, Yu Qiao, Liu Chengmin, Wang Jie. Global Optimization Analysis of Nuclear Power Plant Parameters Based on Modelica[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 28-34. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0028
Citation: Hao Chengming, Liu Lizhi, Han Yifu, Xia Junbao, Yu Qiao, Liu Chengmin, Wang Jie. Global Optimization Analysis of Nuclear Power Plant Parameters Based on Modelica[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 28-34. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0028

基于Modelica的核动力装置参数全局优化分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0028
详细信息
    作者简介:

    郝承明(1987—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆物理及堆芯在线监测方向研究,E-mail: 676336795@qq.com

  • 中图分类号: TL375.5

Global Optimization Analysis of Nuclear Power Plant Parameters Based on Modelica

  • 摘要: 为了解决核动力装置在传统设计优化程序开发时存在的需事先确定配置模式所导致的低效问题,研究基于Modelica的核动力装置参数全局优化分析的实现途径,开展了压水堆核动力装置一回路系统及设备的标准化模型构建,建立了从底层评估模型到顶层系统模型的层次化构架,实现了一回路系统及设备自由组态和可视化设计建模。通过耦合敏感性分析工具和多目标优化算法,实现了一回路系统典型设计参数的敏感性分析和多目标优化研究。以重量、体积、自然循环能力、安全性(即最小偏离泡核沸腾比,MDNBR)和装置热效率为优化目标,对所研究核动力装置开展了多目标优化案例研究。研究结果证明了基于Modelica的核动力装置全局参数优化工具可以实现核动力装置的全局多目标优化设计,该工具使用的层次化建模方法规范、高效且灵活,是解决基于模型的核动力装置系统总体设计优化问题的有效技术途径。

     

  • 图  1  核动力装置反应堆一回路系统Modelica模型库

    Figure  1.  Modelica Model Library for Nuclear Power Plant Reactor Primary Circuit System

    图  2  新型多目标遗传算法流程图

    N—种群规模;Gm—最大进化代数;G—当前进化代数

    Figure  2.  Flowchart of the Novel Multi-Objective Genetic Algorithm

    图  3  一回路压力对重量的影响

    Figure  3.  Impact of Primary Pressure on Weight

    图  4  反应堆入口温度对重量的影响

    Figure  4.  Impact of Reactor Inlet Temperature on Weight

    图  5  反应堆出口温度对重量的影响

    Figure  5.  Impact of Reactor Outlet Temperature on Weight

    图  6  五维帕累托前沿面平行坐标图

    Figure  6.  Five-dimensional Pareto Frontier Parallel Coordinates Plot

    图  7  前沿面散点矩阵图

    Figure  7.  Pareto Frontier Scatter Plot Matrix

    表  1  归一化设计方案

    Table  1.   Normalized Design Scheme

    参数名称 母型值 特征方案1 特征方案2 特征方案3
    优化
    变量
    一回路压力 1.0 0.9978 1.0735 1.0921
    反应堆进口温度 1.0 1.09219 1.09766 1.09846
    反应堆出口温度 1.0 1.08661 1.08551 1.08977
    二次侧压力 1.0 0.9179 1.0586 1.1660
    燃料元件外径 1.0 0.9765 0.9786 1.0827
    SG传热管节径比 1.0 0.9862 0.9908 1.0284
    SG传热管外径 1.0 0.8647 0.9622 1.1545
    稳压器内径 1.0 0.9861 1.0721 1.2500
    优化
    目标
    重量 1.0 0.8557 1.3704 1.2686
    体积 1.0 0.8510 1.3129 1.1851
    自然循环能力 1.0 0.6923 1.3077 1.1538
    MDNBR 1.0 1.0142 2.0053 0.7456
    装置热效率 1.0 0.9899 1.0130 1.0284
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-30
  • 修回日期:  2024-09-22
  • 刊出日期:  2025-01-06

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