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核电厂自适应采样下风险指引的安全评价与优化方法研究

李林峰 徐安琪 董晓朦 张桢 杨明 文婷 刘永

李林峰, 徐安琪, 董晓朦, 张桢, 杨明, 文婷, 刘永. 核电厂自适应采样下风险指引的安全评价与优化方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 223-230. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0223
引用本文: 李林峰, 徐安琪, 董晓朦, 张桢, 杨明, 文婷, 刘永. 核电厂自适应采样下风险指引的安全评价与优化方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(S2): 223-230. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0223
Li Linfeng, Xu Anqi, Dong Xiaomeng, Zhang Zhen, Yang Ming, Wen Ting, Liu Yong. Study on Risk-informed Safety Evaluation and Optimization under Adaptive Sampling in Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 223-230. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0223
Citation: Li Linfeng, Xu Anqi, Dong Xiaomeng, Zhang Zhen, Yang Ming, Wen Ting, Liu Yong. Study on Risk-informed Safety Evaluation and Optimization under Adaptive Sampling in Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S2): 223-230. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0223

核电厂自适应采样下风险指引的安全评价与优化方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S2.0223
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(12405214);广东省基础与应用基础研究基金(2022A1515110420);深圳市优秀科技创新人才项目(RCBS 20221008093227028);中核集团青年英才菁英项目
详细信息
    作者简介:

    李林峰(2001—),男,硕士研究生,现主要从事核安全、系统可靠性、风险指引相关研究,E-mail: 2310456001@email.szu.edu.cn

    通讯作者:

    徐安琪,E-mail: xuanqi@szu.edu.cn

  • 中图分类号: TL364

Study on Risk-informed Safety Evaluation and Optimization under Adaptive Sampling in Nuclear Power Plant

  • 摘要: 为了满足先进反应堆安全性与经济性双重需求,本文将确定论安全分析与概率安全分析相耦合,以“风险指引的系统分析(RISA)”为基础,重点突破高精度要求下的抽样次数海量、计算效率低的难题,提出了一种自适应采样策略下的RISA优化方法,现实评估核电厂安全裕度。采用支持向量机(SVM)、K近邻(KNN)算法训练得到代理模型,替代大量的最佳估算加不确定性分析程序模拟;并且用自适应采样策略识别极限面,降低抽样范围和次数。以小破口失水事故(SBLOCA)为例进行测试验证,结果表明:相比于随机抽样RISA结果,代理模型预测的燃料包壳峰值温度(PCT)结果接近、计算时间减少50%以上。本方法可支撑RISA实际工程应用,为风险指引的设计、运行与管理提供现实精准的决策支持。

     

  • 图  1  RISMC方法分析步骤

    Figure  1.  Procedure of RISMC Methodology

    图  2  代理模型训练过程 R2

    ε—模型准确度的标准

    Figure  2.  Training Process of Surrogate Model

    图  3  SBLOCA事件树

    Figure  3.  SBLOCA Accident Event Tree

    图  4  自适应采样和蒙特卡罗抽样样本下的代理模型评价指标结果对比

    Figure  4.  Comparison of Evaluation Index Results of Surrogate Model under Adaptive sampling and Monte Carlo Sampling

    图  5  不同组合评价参数对比

    Figure  5.  Comparison of Different Combinations of Parameters

    图  6  PCT样本核密度估计曲线

    Figure  6.  Kernel Density Estimation Curve for PCT Samples

    图  7  PCT概率密度函数拟合曲线(贝叶斯估计)

    Figure  7.  PCT Probability Density Function Curve (Bayesian estimation)

    表  1  关键不确定性参数及其范围

    Table  1.   Key Uncertainty Parameters and Their Ranges

    参数名 抽样范围 分布
    破口面积/cm2 5~10 均匀分布
    高压安注流量/(kg·s−1) 12.5±1.25 均匀分布
    堆芯燃料间隙热流密度/(W·m−2) 4.36±0.05 均匀分布
    高压安注泵失效时间/s 失效率λ=1.2×10−5/h 指数分布
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    表  2  自适应采样样本下的代理模型性能(650个样本)

    Table  2.   Surrogate Model Performance under Adaptive Sampling (650 samples)

    参数名称 初始数据 第一次迭代 第二次迭代 第三次迭代 第四次迭代
    K 3 4 1 2 2
    R2 0.9048 0.8394 0.9038 0.8963 0.9047
    EVS 0.9049 0.8400 0.9059 0.8967 0.9061
    MAPE 0.0821 0.1057 0.0619 0.0795 0.0640
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    表  3  蒙特卡罗随机采样样本下的代理模型性能(800个样本)

    Table  3.   Surrogate Model Performance under Monte Carlo Random Sampling (800 samples)

    参数名称 初始数据 第一次迭代 第二次迭代 第三次迭代 第四次迭代
    K 13 14 18 21 9
    R2 0.7969 0.8361 0.8458 0.8838 0.8129
    EVS 0.7984 0.8370 0.8459 0.8841 0.8129
    MAPE 0.0816 0.1195 0.0983 0.1010 0.0958
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    表  4  不同模型的RISA计算效率对比

    Table  4.   Comparison of RISA Calculation Efficiency of Different Models

    模型 单次最长耗时/s 计算次数 总时间
    RELAP系统仿真模型 1777 200 13 h
    自适应采样的代理模型 6.67×10−5 30000 2 s
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    表  5  PCT分布特性结果对比

    Table  5.   Comparison of Computing Results of PCT Distribution

    方法 拟合方法 PCT分布期望/K 95%分位数预测/K 样本的PCT最大值/K PCT后果条件超限概率
    1 RELAP5仿真结果拟合 843.34 1654.04 1963.91 0.1599
    2 代理模型预测 929.44 1597.03 1893.76 0.1304
    3 蒙特卡罗大量抽样 821.28 1649.62 2109.26 0.1231
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-21
  • 修回日期:  2024-10-10
  • 刊出日期:  2025-01-06

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