高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

核电厂主冷却剂泵动态趋势实时预测方法研究

张秀春 夏虹 刘永康 朱少民 贾朱钧 姜莹莹 刘洁

张秀春, 夏虹, 刘永康, 朱少民, 贾朱钧, 姜莹莹, 刘洁. 核电厂主冷却剂泵动态趋势实时预测方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 192-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080017
引用本文: 张秀春, 夏虹, 刘永康, 朱少民, 贾朱钧, 姜莹莹, 刘洁. 核电厂主冷却剂泵动态趋势实时预测方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 192-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080017
Zhang Xiuchun, Xia Hong, Liu Yongkang, Zhu Shaomin, Jia Zhujun, Jiang Yingying, Liu Jie. Real-time Prediction of Dynamic Trend for Main Coolant Pump in Nuclear Power Plants[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 192-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080017
Citation: Zhang Xiuchun, Xia Hong, Liu Yongkang, Zhu Shaomin, Jia Zhujun, Jiang Yingying, Liu Jie. Real-time Prediction of Dynamic Trend for Main Coolant Pump in Nuclear Power Plants[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 192-198. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080017

核电厂主冷却剂泵动态趋势实时预测方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080017
基金项目: 国家自然科学基金(U21B2083)
详细信息
    作者简介:

    张秀春(1979—),女,博士研究生,现主要从事核动力智能运行技术研究,E-mail: Zhangxiuchun@cgnpc.com.cn

    通讯作者:

    夏 虹, E-mail: xiahong@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL363

Real-time Prediction of Dynamic Trend for Main Coolant Pump in Nuclear Power Plants

  • 摘要: 准确的预测是核动力装置状态监测和运行维护的基础,为了提高系统和部件动态趋势预测的精度,本文提出了一种基于信号分解策略的时间序列预测方法。首先,利用变分模态分解(VMD)将原始时间序列信号分解为2个分别含有高频成分和低频趋势项的子序列。然后,采用贝叶斯优化(BOA)的门控循环单元(BOA-GRU)模型和自回归移动平均(ARIMA)模型分别对高频和低频子序列进行预测。最后,将2个子序列的预测值进行重构得到原始信号的预测结果。利用提出的混合模型对某核电厂主冷却剂泵的时间序列信号进行单步和多步预测,并利用均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、平均绝对误差(MAE)等指标对预测精度进行评估。结果表明,该混合模型能够对主冷却剂泵的运行状态进行准确地预测和追踪,并且与基础模型的对比突出了混合模型在复杂信号预测中的优势。

     

  • 图  1  ARIMA模型建模流程图

    Figure  1.  Modeling Flowchart of ARIMA Model

    图  2  GRU模型内部结构

    Figure  2.  Structure of GRU Model

    图  3  混合模型技术路线

    Figure  3.  Framework of the Hybrid Model

    图  4  主泵归一化时间序列信号

    Figure  4.  Normalized Time Series Signals of the Reactor Coolant Pump

    图  5  信号的VMD结果

    Figure  5.  VMD Decomposition Results of Signals

    图  6  混合模型的单步提前预测结果

    Figure  6.  1-step Ahead Prediction Results of the Hybrid Model

    图  7  混合模型的5步提前预测结果

    Figure  7.  5-step Ahead Prediction Results of the Hybrid Model

    表  1  GRU神经网络的超参数设置

    Table  1.   Hyperparameters of GRU Neural Networks

    超参数设置值或名称
    GRU层数1
    梯度优化算法自适应矩估计(Adam)
    L2正则化参数0.001
    训练迭代次数500
    嵌入维度20
    下载: 导出CSV

    表  2  不同模型的单步提前预测性能

    Table  2.   1-step Ahead Prediction Performance of Models

    信号指标混合模型BOA-GRU模型ARIMA模型
    TS1RMSE0.00880.01120.0125
    MAE0.00700.00890.0098
    MAPE/%1.26921.58861.7435
    TS2RMSE0.01590.01760.0168
    MAE0.01070.01220.0116
    MAPE/%2.20092.44152.3324
    下载: 导出CSV

    表  3  不同模型的5步提前预测性能

    Table  3.   5-step Ahead Prediction Performance of Models

    信号指标混合模型BOA-GRU模型ARIMA模型
    TS1RMSE0.01230.02610.0161
    MAE0.00930.01940.0115
    MAPE/%1.67543.37542.0731
    TS2RMSE0.02370.03760.0315
    MAE0.01710.02530.0181
    MAPE/%3.56865.03173.7119
    下载: 导出CSV
  • [1] 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.
    [2] SUN Y, HAGHIGHAT F, FUNG B C M. A review of the-state-of-the-art in data-driven approaches for building energy prediction[J]. Energy and Buildings, 2020, 221: 110022. doi: 10.1016/j.enbuild.2020.110022
    [3] 朱少民,夏虹,吕新知,等. 基于ARIMA和LSTM组合模型的核电厂主泵状态预测[J]. 核动力工程,2022, 43(2): 246-253.
    [4] DEY R, SALEM F M. Gate-variants of gated recurrent unit (GRU) neural networks[C]//Proceedings of the 2017 IEEE 60th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). Boston: IEEE, 2017: 1597-1600.
    [5] 邱文智,张文煜,郭振海,等. 基于二次分解和乌鸦搜索算法优化组合模型的超短期风速预测[J]. 太阳能学报,2024, 45(3): 73-82.
    [6] DRAGOMIRETSKIY K, ZOSSO D. Variational mode decomposition[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2014, 62(3): 531-544. doi: 10.1109/TSP.2013.2288675
    [7] 崔佳旭,杨博. 贝叶斯优化方法和应用综述[J]. 软件学报,2018, 29(10): 3068-3090.
    [8] CHENG H Y, DING X W, ZHOU W N, et al. A hybrid electricity price forecasting model with Bayesian optimization for German energy exchange[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2019, 110: 653-666.
    [9] 张秀春,夏虹,刘永康,等. 基于移动窗核主成分分析的核电厂主泵故障检测[J]. 核动力工程,2024, 45(3): 234-240.
  • 加载中
图(7) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  16
  • HTML全文浏览量:  11
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-01
  • 修回日期:  2024-11-10
  • 刊出日期:  2025-08-15

目录

    /

    返回文章
    返回