本发明专利技术公开了一种采用混合整数线性规划方法来求解该换料方案优化问题的方案，将整个问题分解成两步求解：第一步，为考虑通道换料的后效，以换料通道数目最少为目标建立候选通道选择模型，进行连续16周的换料方案优化；第二步，堆物理工程师首先依据反应堆未来一周的运行要求给出周换料计划，然后以平均卸料燃耗最深为目标建立周换料方案优化模型，同时考虑反应堆运行的诸多要求，在模型中加入相应的约束条件。考虑到换料方案设计的时效性要求，为了快速评价大量的换料方案，提出了一个三维堆芯计算模型-线性敏感矩阵方法。本发明专利技术能准确快速的预计通道换料时堆芯关键参数的响应，从而实现对海量换料方案的快速评价。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利属于坎杜堆核电站换料方案设计与优化领域，具体涉及一种基于混合 整数规划线性规划的坎杜堆换料方案优化方法。
技术介绍
坎杜6型重水反应堆共有380个燃料通道，与采用停堆方式进行换料的反应堆(如 压水堆）不同，坎杜堆采用在线换料方式，满功率运行时平均每天要更换两个燃料通道。日 常换料方案的设计由电站堆物理工程师完成，通常3~4天进行一次，每次从380个燃料通 道中挑选出6~7个提交运行人员进行更换。坎杜堆换料方案设计是一个复杂的多目标、多 约束的优化问题，好的换料方案通常需要满足：最大化燃料卸料燃耗，优化堆芯功率分布使 其尽量接近目标值，尽量降低通道超功率因子（CPPF)，确保通道/棒束功率满足限值要求， 优化液体区域控制装置(液体区域控制装置）的运行特性等。鉴于该问题的复杂性，每个坎 杜电站都引进或开发出计算机软件以辅助堆物理工程师完成换料方案的优化设计。 与国外很多同型电站类似，当前使用的换料软件包基于传统的专家系统开发，借 助预先设定的多个专家准则即评价函数对每个通道进行评分。每个准则通常选取一个评价 参数，这些参数与换料优化的目标密切相关，如换料通道的燃耗、通道组内的最大通道超功 率因子、通道组内最小通道功率裕量等。依据每个准则对通道评分后，将单个评价值综合起 来从而得到通道的最终评价值，堆物理工程师则依据通道的综合评分的大小以及自身经验 来选择换料通道，最终确定出较好的换料方案。 工作人员在使用过程中逐渐发现该软件包存在一些不足。首先，这套基于专家系 统的通道评价方法，其评价效果的好坏完全取决于评价参数的选取以及预先设定的经验准 贝1J，欠缺精确的堆芯物理模型。其次，通道的评价完全基于当前的堆芯状态，更多的关注换 料通道临近区域的局部特征和空间分布，而缺乏对换料后效的评估。再者，最终设计出的换 料方案严重依赖堆物理工程师的经验，在同样的评价准则下，不同的人员可能因自身经验 的差异设计出完全不同的换料方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为改进当前换料软件包存在的诸多不足，提高堆物理工程师换料 方案设计的质量、工作效率，使电站运行具有更高的安全性和经济性，提出了一种基于混合 整数线性规划的坎杜堆换料方案优化方法。本专利采用混合整数线性规划方法来求解该换 料方案优化问题，建模时以经济性指标(换料通道数目最少或通道卸料燃耗最高）作为目标 函数，其他的目标与要求全部作为约束条件，将整个问题分解成两步求解，每一步分别建立 混合整数线性规划（MILP)的数学模型并采用商用求解器进行求解，最终得到一周内最优的 换料方案。第一步，为考虑通道换料的后效，以换料通道数目最少为目标建立候选通道选择 模型，进行连续16周的换料方案优化。建模时加入对堆芯剩余反应性和区域反应性分布的 约束，使区域反应性分布尽量接近目标值。堆芯参数计算采用零维线性反应性模型，并假设 堆芯维持时均功率分布不变。通过求解候选通道选择模型得到每个周的换料通道组合，并 将前面两周的换料通道组合作为第二步优化的候选通道。第二步，堆物理工程师首先依据 反应堆未来一周的运行要求给出周换料计划，然后以平均卸料燃耗最深为目标建立周换料 方案优化模型，同时考虑反应堆运行的诸多要求，在模型中加入相应的约束条件。考虑到 换料方案设计的时效性要求，为了快速评价大量的换料方案，提出了一个三维堆芯计算模 型-线性敏感矩阵方法。它借助预先形成的敏感矩阵，无需耗时的三维扩散方程求解，仅经 过简单的代数运算就能较为准确且快速的计算出主要堆芯参数，完成换料方案的评价。通 过求解周换料方案优化模型，最终得到一周内每个换料日的换料通道组合。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于混合整数规划线性规划的坎 杜堆换料方案优化方法，包括以下步骤： 步骤1，候选通道选择：利用通道间燃耗特性的不同，建立考虑换料后效的数学优 化模型，从而确定出通道换料的时间顺序；在确定候选通道时，堆芯物理模型主要基于以下 两个假设：1)堆芯功率始终维持目标功率分布不变；2)堆芯反应性可用"零维线性反应性 模型"表示； 步骤1. 1，构建堆芯物理模型，用于确定堆芯剩余反应性： 步骤1. 1. 1,确定全堆剩余反应性p COTe :【主权项】1. 一种，其特征在于包括以下 步骤： 步骤1，候选通道选择：利用通道间燃耗特性的不同，建立考虑换料后效的数学优化模 型，从而确定出通道换料的时间顺序；在确定候选通道时，堆芯物理模型主要基于以下两个 假设：1)堆芯功率始终维持目标功率分布不变；2)堆芯反应性可用"零维线性反应性模型" 表不； 步骤1. 1，构建堆芯物理模型，用于确定堆芯剩余反应性： 步骤I. 1. 1，确定全堆剩余反应性p。_ :其中，p i为燃料通道i的反应性，它是通道平均燃耗Oi的函数，函数关系由栅元计算 程序拟合得到；燃耗Oi由驻留时间乘以时均功率得到&为燃料通道i的时均功率份额， 由堆芯的时均功率分布获得； 步骤I. 1. 2,在步骤I. I. 1同时，确定径向7个液体区域控制装置剩余反应性；以区域j 为例，其剩余反应性P 可表示为：其中，为区域j所包含的燃料通道数目，f/为燃料通道i相对于区域j的时均 功率的功率份额，P i，Qi意义同公式（1); 步骤1. 2,构建候选通道选择模型：候选通道选择模型以周为单位确定通道换料的时 间点，同时规定每周的换料通道同时进入堆芯，并将候选通道选择模型的时间跨度取为16 周： 目标函数--候选通道选择模型的目标函数为16周总的换料通道数目最少，公式为：式中，X当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于混合整数规划线性规划的坎杜堆换料方案优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，候选通道选择：利用通道间燃耗特性的不同，建立考虑换料后效的数学优化模型，从而确定出通道换料的时间顺序；在确定候选通道时，堆芯物理模型主要基于以下两个假设：1）堆芯功率始终维持目标功率分布不变；2）堆芯反应性可用“零维线性反应性模型”表示；步骤1.1，构建堆芯物理模型，用于确定堆芯剩余反应性：步骤1.1.1，确定全堆剩余反应性ρcore：ρcore=Σi=1380fiρi(ωi)---(1)]]>其中，ρi为燃料通道i的反应性，它是通道平均燃耗ωi的函数，函数关系由栅元计算程序拟合得到；燃耗ωi由驻留时间乘以时均功率得到；fi为燃料通道i的时均功率份额，由堆芯的时均功率分布获得；步骤1.1.2，在步骤1.1.1同时，确定径向7个液体区域控制装置剩余反应性；以区域j为例，其剩余反应性ρzone,j可表示为：ρzone,j=Σi=1Nzone,jfi′ρi(ωi),j=1,...,7---(2)]]>其中，Nzone,j为区域j所包含的燃料通道数目，fi'为燃料通道i相对于区域j的时均功率的功率份额，ρi，ωi意义同公式（1）；步骤1.2，构建候选通道选择模型：候选通道选择模型以周为单位确定通道换料的时间点，同时规定每周的换料通道同时进入堆芯，并将候选通道选择模型的时间跨度取为16周：目标函数——候选通道选择模型的目标函数为16周总的换料通道数目最少，公式为：MinimizeΣi=116Xi---(3)]]>式中，Xi＝{xj}j＝1...380，是长度为380的向量，其中每个元素xj都是0‑1变量，代表某一通道j是否换料；约束条件——模型中考虑的约束条件包括：1）16周内每个燃料通道至多换料1次；2）单通道最低卸料燃耗的控制：流量辅助换料通道卸料燃耗低于该通道时均值80％的不予换料，非流量辅助换料通道卸料燃耗低于该通道时均值95％的不予换料；3）所有换料通道平均卸料燃耗的控制：总的平均卸料燃耗大于用户给定的限值；4）每一周内换料通道的离散性要求：换料通道间的间隔在2个通道以上；5）相邻两周间换料通道的离散性要求：前一周换料通道不得与本周换料通道相邻；6）堆芯径向各区域A侧与C侧通道的燃耗平衡控制：各区域A侧与C侧所有通道的燃耗差小于用户给定的限值；7）每一周堆芯剩余反应性的控制：堆芯的剩余反应性大于用户给定的限值；8）每周径向各区域剩余反应性的控制：各区域剩余反应性与堆芯剩余反应性的比值在用户给定的范围内波动；9）根据当前堆芯状态和前一周的换料历史，对第一周换料通道的选择增加约束条件，即前一周换料的通道，其周围的通道在第一周不能换料；将上述约束条件用数学语言表示成等式或者不等式，即可建立数学模型；步骤2，周换料方案优化步骤2.1，构建堆芯物理模型，用于快速评价换料方案：步骤2.1.1，影响堆芯状态参数的扰动主要包括换料、液体区域控制装置水位变化、燃耗积累，分别针对上述不同扰动预先生成敏感矩阵；下面以通道功率对换料扰动的敏感矩阵为例描述敏感矩阵的制作方法：步骤2.1.1.1，对选定的参考堆芯状态，利用RFSP‑IST程序模拟在不换料且固定液体区域控制装置水位的情况下堆芯的燃耗行为，获得T个满功率天下每个燃料通道的功率Pit，t∈[0,T]；步骤2.1.1.2，在参考堆芯状态下对某一选定的j通道进行换料，同样利用RFSP‑IST程序进行T个满功率天的燃耗计算，获得换料后的燃料通道功率Pij,t；步骤2.1.1.3，利用下式进行敏感矩阵的计算：Sj→it=(Pij,t-Pit)/Δkj---(6)]]>其中，Δkj为参考堆芯状态下由j通道换料所引起的该通道k∞的瞬时变化量，可根据反应性‑燃耗曲线计算得到；重复上述过程380次，就可获得i通道功率对堆芯任一通道换料的敏感矩阵；通过同样的方式，可以获得通道功率和剩余反应性变化量对液体区域控制装置水位变化和燃耗积累的敏感矩阵；步骤2.1.2，堆芯内任一燃料通道i的功率计算可以表述为：Pi≈Pi,0+ΣpΣrSp,r→iΔp,r,i=1,...,380---(4)]]>其中，Pi,0代表参考堆芯状态下i通道的功率，Sp,r→i即敏感矩阵，代表在参考堆芯基础上，由堆内r位置p种类型单位扰动所引起的i通道功率的变化量；而Δp,r则代表某换料方案r位置p种类型实际的扰动量；可采用同样的方法计算出棒束功率、区域功率；步骤2.1.3，换料引入的堆芯剩余反应性变化量可以表述为：Δk≈Σp&Sig...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明军，张少泓，何立荆，王文聪，刘宇轩，刘忠国，王军，牟小川，
申请(专利权)人：中核核电运行管理有限公司，秦山第三核电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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