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融合专家知识与机器学习算法的核反应堆事故诊断技术

黄涛 朱大欢 曾未 方维扬 熊青文 张倬 黄擎宇

黄涛, 朱大欢, 曾未, 方维扬, 熊青文, 张倬, 黄擎宇. 融合专家知识与机器学习算法的核反应堆事故诊断技术[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 144-149. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0144
引用本文: 黄涛, 朱大欢, 曾未, 方维扬, 熊青文, 张倬, 黄擎宇. 融合专家知识与机器学习算法的核反应堆事故诊断技术[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 144-149. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0144
Huang Tao, Zhu Dahuan, Zeng Wei, Fang Weiyang, Xiong Qingwen, Zhang Zhuo, Huang Qingyu. A Nuclear Reactor Accident Diagnosis Technology Integrating Expert Knowledge and Machine Learning Algorithms[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 144-149. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0144
Citation: Huang Tao, Zhu Dahuan, Zeng Wei, Fang Weiyang, Xiong Qingwen, Zhang Zhuo, Huang Qingyu. A Nuclear Reactor Accident Diagnosis Technology Integrating Expert Knowledge and Machine Learning Algorithms[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 144-149. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0144

融合专家知识与机器学习算法的核反应堆事故诊断技术

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0144
基金项目: 四川省科技创新人才项目(2023JDRC0010)
详细信息
    作者简介:

    黄 涛(1989—),男,高级工程师,现从事热工水力与安全分析研究,E-mail: ht_xjtu@163.com

    通讯作者:

    朱大欢,E-mail: dahuan_zhu@sina.com

  • 中图分类号: TL364

A Nuclear Reactor Accident Diagnosis Technology Integrating Expert Knowledge and Machine Learning Algorithms

  • 摘要: 核反应堆事故诊断是事故处理过程中最为重要的一步,诊断结果直接决定了事故的处置策略。本文提出了一种融合专家知识与机器学习算法的核反应堆事故诊断方法,该方法在已有的成熟的专家知识基础上,引入机器学习诊断算法,实现两类方法优势的叠加和劣势的互补。在专家知识诊断方面,采用基于征兆导向的事故诊断方法,形成征兆导向专家知识库,并形成基于专家知识的事故诊断功能模块;在基于机器学习算法的事故诊断方面,采用极端梯度提升(XGBoost)算法、线性支持向量机(SVM)算法、深度前馈网络(DFN)以及长短期记忆(LSTM)算法建立了事故诊断模型,并利用投票机制算法对各类算法进行融合,形成了机器学习智能诊断模块。在此基础上,提出了以专家知识诊断模型为主,机器学习智能诊断为辅的诊断模型,并利用“华龙一号”蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故进行了验证,证明了该方法的合理性。

     

  • 图  1  征兆导向专家知识库建立步骤

    Figure  1.  Steps for Establishing a Symptom-oriented Expert Knowledge Base

    图  2  线性可分情况下的最优分类超平面

    Figure  2.  Optimal Classification Hyperplane in Cases of Linear Separability

    图  3  4层前馈神经网络模型[8]

    Figure  3.  4-layer Feed forward Neural Network Model

    图  4  LSTM节点的计算流程图

    c—单元状态; h—节点输出;f—遗忘门; i—输入门;o—输出门;w—权重矩阵;tanh—双曲正切函数;φ—激活函数;t—当前时刻x输入信号;t-1—上一时刻 x输入信号

    Figure  4.  Computational Flowchart of LSTM

    图  5  数据知识双驱动方法诊断过程

    Figure  5.  Diagnostic Process of Data-knowledge Dual-driven Method

    图  6  事故诊断决策融合方法

    Figure  6.  Accident Diagnosis Decision Fusion Method

    图  7  t=500 s时刻诊断模块结果图

    Figure  7.  Results of Diagnostic Module (t=500 s)

    图  8  t=550 s时刻诊断模块结果图

    Figure  8.  Results of Diagnostic Module (t=550 s)

    图  9  t=1087 s时刻诊断模块结果图

    Figure  9.  Results of Diagnostic Module (t=1087 s)

    表  1  各类算法事故诊断结果

    Table  1.   Accident Diagnosis Results of Various Algorithms

    事故类型算法PRF1
    冷管段LOCAXGBoost0.9740.9730.974
    SVM0.9200.9500.930
    DFN0.7400.8300.780
    LSTM0.9900.9700.980
    蒸汽发生器二次泄漏XGBoost0.9950.9950.995
    SVM1.0000.9901.000
    DFN0.9200.9400.930
    LSTM1.0001.0001.000
    满功率下的SGTR事故XGBoost0.9740.9730.972
    SVM0.9900.9800.990
    DFN0.9400.9100.930
    LSTM1.0001.0001.000
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-21
  • 修回日期:  2024-09-05
  • 刊出日期:  2025-01-06

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