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

基于CART-LSTM算法的压水堆LOCA诊断方法

孙哲俊 王于龙 魏新宇 孙培伟

孙哲俊, 王于龙, 魏新宇, 孙培伟. 基于CART-LSTM算法的压水堆LOCA诊断方法[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 212-217. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080053
引用本文: 孙哲俊, 王于龙, 魏新宇, 孙培伟. 基于CART-LSTM算法的压水堆LOCA诊断方法[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 212-217. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080053
Sun Zhejun, Wang Yulong, Wei Xinyu, Sun Peiwei. Diagnosis Method for Pressurized Water Reactor LOCA Accidents Based on CART-LSTM Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 212-217. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080053
Citation: Sun Zhejun, Wang Yulong, Wei Xinyu, Sun Peiwei. Diagnosis Method for Pressurized Water Reactor LOCA Accidents Based on CART-LSTM Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 212-217. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080053

基于CART-LSTM算法的压水堆LOCA诊断方法

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.080053
详细信息
    作者简介:

    孙哲俊(2000—),男,硕士研究生,现主要从事核反应堆动力学与控制方面的研究,E-mail: 1290842684@qq.com

    通讯作者:

    魏新宇,E-mail: xyuwei@xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL364

Diagnosis Method for Pressurized Water Reactor LOCA Accidents Based on CART-LSTM Algorithm

  • 摘要: 失水事故(LOCA)是压水堆的典型事故,事故可能诱发反应堆堆芯熔化,因此及时诊断LOCA非常重要。长短期记忆(LSTM)神经网络是一种改进的循环神经网络(RNN),能够更好地捕捉时序数据中的长期依赖关系,被广泛应用于与时序有关的故障诊断中。分类与回归树(CART)是一种常用的分类方法,具有分类速度快、准确率高、可读性强等特点。本文提出一种基于CART-LSTM的压水堆LOCA诊断方法,利用LOCA的数据集对诊断模型进行训练并优化参数,然后将训练好的模型用于LOCA诊断,从而实现对LOCA的早期快速诊断。结果表明,基于CART-LSTM的诊断方法能够准确判断LOCA的位置以及具体的破口尺寸。

     

  • 图  1  决策树结构

    Figure  1.  Structure of Decision Tree

    图  2  LSTM细胞结构

    ${c_t}$、${h_t}$和$ \boldsymbol{x}_t $—t时刻的细胞状态、隐藏层状态和外部输入;${f_t}$、${i_t}$和${o_t}$—遗忘门、输入门和输出门的激活值;$ \tilde{c}_t $—状态候选值;$\sigma $—sigmoid激活函数;x—输入;tanh—激活函数。

    Figure  2.  Structure of LSTM Cells

    图  3  CART-LSTM算法流程图

    Figure  3.  CART-LSTM Algorithm Flow

    图  4  LOCA位置诊断混淆矩阵

    Figure  4.  Confusion Matrix for LOCA Fault Position

    图  5  LOCA破口尺寸诊断混淆矩阵

    Figure  5.  Confusion Matrix for Diagnosis of LOCA Break Size

    图  6  LOCA位置诊断结果随时间的变化

    Figure  6.  The Variation of LOCA Position Diagnosis Results over Time

    图  7  LOCA尺寸诊断结果随时间的变化

    Figure  7.  The Variation of LOCA Size Diagnosis Results over Time

    表  1  破口位置和标签设置

    Table  1.   Position and Label Setting of Breaks

    破口位置标签
    未发生事故0
    热管段1
    冷管段2
    稳压器波动管3
    下载: 导出CSV

    表  2  不同破口位置的破口尺寸  %

    Table  2.   Break Sizes at Different Break Positions

    热管段 冷管段 稳压器波动管 故障标签
    0.05 0.05 0.05 1
    0.1 0.10 0.10 2
    0.2 0.50 0.50 3
    0.3 1.00 1.00 4
    0.5 2.00 2.00 5
    0.8 4.00 4.00 6
    1.0 6.00 6.00 7
    1.2 8.00 8.00 8
    1.5 10.00 10.00 9
    下载: 导出CSV

    表  3  不同时间窗口长度下LSTM的诊断效果

    Table  3.   Diagnosis Effect of LSTM under Different Time Window Lengths

    时间窗口长度准确率/%
    197.21
    398.10
    598.52
    799.59
    999.57
    1199.64
    下载: 导出CSV

    表  4  CART-LSTM的LOCA诊断结果

    Table  4.   LOCA Diagnosis Results of CART-LSTM

    诊断内容评价指标
    准确率/%精准率/%召回率/%
    破口位置诊断99.8299.8999.49
    破口尺寸诊断99.5999.5999.60
    下载: 导出CSV
  • [1] ZHOU G, PENG M J, WANG H. Enhancing prediction accuracy for LOCA break sizes in nuclear power plants: a hybrid deep learning method with data augmentation and hyperparameter optimization[J]. Annals of Nuclear Energy, 2024, 196: 110208. doi: 10.1016/j.anucene.2023.110208
    [2] 李仕鲜,刘井泉,沈永刚. 基于神经网络方法的LOCA事故诊断[J]. 核技术,2017, 40(8): 080604.
    [3] 赵云飞,张立国,童节娟,等. BP神经网络在AP1000核电站事故诊断应用中的初步研究[J]. 原子能科学技术,2014, 48(S1): 480-484.
    [4] 刘永阔,夏虹,谢春丽,等. BP-RBF神经网络在核电厂故障诊断中的应用[J]. 原子能科学技术,2008, 42(3): 193-199. doi: 10.7538/yzk.2008.42.03.0193
    [5] 曹桦松,孙培伟. 基于PCA-RBF神经网络的小型压水堆故障诊断方法研究[J]. 仪器仪表用户,2021, 28(1): 49-55. doi: 10.3969/j.issn.1671-1041.2021.01.013
    [6] 耿柯繁,许分钦,庞波,等. 基于LSTM的核反应堆一回路传感器故障智能检测[J]. 自动化仪表,2023, 44(S1): 366-370,375.
    [7] 邓志光,吴茜,朱加良,等. 基于改进LSTM的核电厂传感器故障诊断研究[J]. 自动化仪表,2023, 44(6): 115-120.
    [8] 慕昱,夏虹,刘永阔. 基于邻域粗糙集和决策树算法的核电厂故障诊断方法[J]. 原子能科学技术,2011, 45(1): 44-47. doi: 10.7538/yzk.2011.45.01.0044
    [9] WANG Y Q, SUN P W. Kernel principle component analysis and random under sampling boost based fault diagnosis method and its application to a pressurized water reactor[J]. Nuclear Engineering and Design, 2023, 406: 112258. doi: 10.1016/j.nucengdes.2023.112258
    [10] SUN Z G, WANG G T, LI P F, et al. An improved random forest based on the classification accuracy and correlation measurement of decision trees[J]. Expert Systems with Application, 2024, 237: 121549. doi: 10.1016/j.eswa.2023.121549
    [11] 孙运淼,林锋,周激流. 长短时记忆网络在移动场景中的应用研究进展[J]. 现代计算机,2017(35): 10-15.
    [12] DA SILVA D G, DE MOURA MENESES A A. Comparing Long Short-Term Memory (LSTM) and bidirectional LSTM deep neural networks for power consumption prediction[J]. Energy Reports, 2023, 10: 3315-3334. doi: 10.1016/j.egyr.2023.09.175
    [13] ZUBAIR M, ABABNEH A, ISHAG A. Station black out concurrent with PORV failure using a Generic Pressurized Water Reactor simulator[J]. Annals of Nuclear Energy, 2017, 110: 1081-1090. doi: 10.1016/j.anucene.2017.08.023
  • 加载中
图(7) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  15
  • HTML全文浏览量:  6
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-21
  • 修回日期:  2024-10-30
  • 刊出日期:  2025-08-15

目录

    /

    返回文章
    返回