混合现实核电站仿真和分析系统技术方案

本发明专利技术提出一种混合现实核电站仿真和分析系统，涉及核电站仿真和运行技术领域，包括核电站模拟机、核电站主控制室、接口与分析系统、智能在线监测模块及混合现实模型，其中，接口与分析系统包括模拟机数据接口、主控室数据接口、监测模块数据接口、模型数据接口、核电站数据处理模块、混合现实数据处理模块和概率安全分析模块。本发明专利技术可有效改善操作员的培训条件和环境，大幅降低操作员的培训费用；在核电站的日常运行和维护中，该系统为核电站运行状态和事故工况演变过程监视、事故分析提供了新的技术手段，以减少人因失误，从而提高核电站的安全性。

Hybrid reality nuclear power plant simulation and analysis system

The invention provides a mixed reality of nuclear power plant simulation and analysis system, involving nuclear power plant simulation and operation technology, including nuclear power station simulator of nuclear power station, the main control room, the interface and the analysis system, intelligent online monitoring module and a hybrid model of reality, the interface and analysis system including analog data interface, the main control machine room monitoring module of data interface, data interface, data interface model of nuclear power station, data processing module, data processing module and mixed reality probabilistic safety analysis module. The invention can effectively improve the operator's training conditions and environment, greatly reduce the operator training costs; in the daily operation and maintenance of nuclear power plant, the system for nuclear power plant operation condition and accident condition evolution process monitoring, accident analysis provides a new technical means, to reduce human error, so as to improve the safety of nuclear power plant the.

【技术实现步骤摘要】
混合现实核电站仿真和分析系统
本专利技术涉及核电站仿真和运行
，尤其是一种集混合现实模型、核电站仿真、智能在线监测、概率安全分析为一体的混合现实核电站仿真和分析系统。
技术介绍
核电站是一个超级复杂系统，在运行过程中，人因故障导致的异常事件占总事故的60％以上。因此，核电站在设计时必须考虑人因工程学的内容，根据人因工程审查大纲NURGE-0711的安全评价体系，形成一套人因工程(HFE)实施方法。根据人因工程实施大纲，在设计过程中应对每个阶段都制定相应的实施计划来指导各个阶段的分析方法和流程。预防人因失误要借鉴之前核电厂的经验和不足，所以运行经验也应该融入到人机界面设计的各个阶段。设计方法对人因工程的全面考虑始于人机界面设计的早期阶段，并贯穿于设计全过程。其中功能需求分析和功能分配、任务分析以及人机界面设计是人因工程设计和实施的三个重要阶段。功能需求分析是定义为满足核电厂安全运行目标而必须执行的功能；功能分配是将这些功能合理地分配给人与系统，保证充分利用人的优点，规避人的局限。功能需求分析确定必须执行的核电厂功能，从而实现核电厂的运行与安全总目标：预防或缓和假定事故的后果，确保公众的健康和安全。该分析确定了目标、执行要求和设计限制，并制定能理解人员或系统在管理核电厂过程中角色的框架。功能分配是指将功能分配给：1)人员(如手动控制)；2)自动系统；3)前述两者。利用人员和系统元素的优势提高核电厂的安全与可靠性，包括将控制分配给带有重叠和冗余责任的此类元素，以实现改善。任务分析是确定人机交互时为达到某一操作目标所进行的所有动作的集合。是识别系统功能所需任务的需求，即明确显示、数据处理、控制和工作支持的需求。任务分析对人机界面(HSI)设计、培训以及规程设计等起着非常重要的作用，因此清晰的任务分析方法可以更加高效且有效地将安全性和可靠性融入到系统设计和操作中。人机界面设计过程是指在系统应用工程人因原则和标准的基础上，将功能和任务需求转化为HSI设计要求的过程，以及转化为警报、显示、控制和HSI其他方面的详细设计的过程。而核电站的运行和控制是在数字化主控室通过操作人机界面进行的。核电站操作员在上岗之前，必须在以核电站主控制室1:1建造的全范围模拟机上进行培训和考试，考试合格才能取得核电站操作员资格。但全范围仿真机非常昂贵，是操作员培训的稀缺资源，解决好这个瓶颈，直接关系到核电站的安全运行和经济效益。核电站全范围模拟机通过物理模型的建立来反映核岛及常规岛的热工水力特性，可以模拟各种操作和工况下的电站运行状况。目前使用的核电站全范围模拟机人机交互界面为核电站系统的二维系统流图，由于系统庞大无法在同一界面显示，页面间的连接关系通过人机界面中指示的页面编码表示，运行数据大部分是在仪器设备周围用数字显示，缺乏对电站运行的直观的显示，不利于问题的获取和分析。目前混合现实(MR)技术已运用在多个行业，其是在虚拟场景中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭建一个交互反馈的回路，以增强用户体验的真实感。MR(既包括增强现实和增强虚拟)将现实和虚拟世界合并产生新的可视化环境，在新的可视化环境里物理和数字对象共存，并实时互动。MR的关键点就是与现实世界进行交互和信息的及时获取。MR技术可以有效解决电站运行直观显示和成本昂贵的问题，空间模型的引入对减少运维中的人因失误有显著贡献。
技术实现思路
本专利技术提供一种混合现实核电站仿真和分析系统，可有效改善操作员的培训条件和环境，大幅降低操作员的培训费用；在核电站的日常运行和维护中，该系统为核电站运行状态和事故工况演变过程监视、事故分析提供了新的技术手段，以减少人因失误，从而提高核电站的安全性。本专利技术具体采用如下技术方案实现：一种混合现实核电站仿真和分析系统，包括核电站模拟机、核电站主控制室、接口与分析系统、智能在线监测模块及混合现实模型，其中，所述核电站模拟机，用于建立物理模型，反映核岛及常规岛的热工水力特性，模拟实际操作和工况下的核电站运行状况；所述核电站主控制室，用于提供核电站DCS运行历史数据服务器中保存的核电站实时运行/状态参数；所述接口分析系统，包括数据接口、核电站数据处理模块、混合现实数据处理模块和概率安全分析模块，所述数据接口用于与所述核电站模拟机、核电站主控制室、智能在线监测及混合现实模型进行数据交互，所述核电站数据处理模块用于将接收的数据进行加工、解码及转换，所述混合现实数据处理模块用于同步、读取及存储所述核电站数据处理模块和所述混合现实模型的数据，所述概率安全分析模块评估核电站的失效概率，分析结果传输至所述混合现实模型；所述智能在线监测模块，用于核电站数据分类、学习建模、故障预测及报警；所述混合现实模型，用于以三维全息图像的形式实时显示及接收操作员的操作指令。作为优选，所述核电站模拟机设有共享内存，所述核电站模拟机的数据通过文件形式进行存储。作为优选，所述数据接口包括模拟机数据接口、主控室数据接口、监测模块数据接口和模型数据接口，所述模拟机数据接口与所述核电站模拟机进行数据交互，所述主控室数据接口与所述核电站DCS运行历史数据服务器进行数据交互，所述监测模块数据接口与所述智能在线监测模块进行数据交互，所述模型数据接口与所述混合现实模型进行数据交互。作为优选，所述模拟机数据接口与所述核电站模拟机进行双向数据交互，所述主控室数据接口与所述核电站DCS运行历史数据服务器进行单向数据交互，数据由所述核电站DCS运行历史数据服务器传输至所述接口与分析系统。作为优选，所述模拟机数据接口与所述主控室数据接口在同一时间点有且仅有一个接口进行数据交互，当所述模拟机数据接口进行数据交互时，所述系统处于电站仿真模式；当所述主控室数据接口进行数据交互时，所述系统处于电站运行模式。作为优选，所述核电站数据处理模块包括数据请求与回应模块、数据加工与转换模块和实时数据库，所述数据加工与转换模块用于将接收的数据进行加工、解码及转换，所述实时数据库用于存储加工后的数据，并用于为所述数据请求与回应模块提供数据缓存，加快数据传输。作为优选，包括N个所述核电站数据处理模块，其中N≥1。作为优选，所述混合现实数据处理模块包括混合现实数据库和数据同步模块，所述数据同步模块用于同步所述实时数据库和混合现实数据库的数据，所述混合现实数据库用于自动读取和存储来自所述核电站模拟机和核电站主控制室的数据，追溯历史数据并进行分析。作为优选，所述数据同步模块的个数与所述核电站数据处理模块的个数相同。作为优选，所述混合现实数据库有且只有一个。作为优选，所述智能在线监测模块包括数据分类模块、数据学习模块、模型检测模块及数据监测模块，所述数据分类模块用于判断变量类型，所述数据学习模块根据变量类型选择学习算法建立相应数学模型，所述模型检测模块用于检测数学模型是否更新，所述数据监测模块用于故障报警。作为优选，所述变量类型包括冗余变量、单变量或多变量。作为优选，所述冗余变量的学习方法为主成分分析方法，所述单变量的学习方法为自我回归模型方法，所述多变量的学习方法为支持向量机或多元状态评估方法或神经网络方法。作为优选，所述模型检测模块采用仿真/测试分析方法检测模型是否更新。作为优选，所述数据监测模块通过变量估计、残差检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于，包括核电站模拟机、核电站主控制室、接口与分析系统、智能在线监测模块及混合现实模型，其中，所述核电站模拟机，用于建立物理模型，反映核岛及常规岛的热工水力特性，模拟实际操作和工况下的核电站运行状况；所述核电站主控制室，用于提供核电站DCS运行历史数据服务器中保存的核电站实时运行/状态参数；所述接口与分析系统，包括数据接口、核电站数据处理模块、混合现实数据处理模块和概率安全分析模块，所述数据接口用于与所述核电站模拟机、核电站主控制室、智能在线监测及混合现实模型进行数据交互，所述核电站数据处理模块用于将接收的数据进行加工、解码及转换，所述混合现实数据处理模块用于同步、读取及存储所述核电站数据处理模块和所述混合现实模型的数据，所述概率安全分析模块评估核电站的失效概率，分析结果传输至所述混合现实模型；所述智能在线监测模块，用于核电站数据分类、学习建模、故障预测及报警；所述混合现实模型，用于以三维全息图像的形式实时显示及接收操作员的操作指令。

【技术特征摘要】
1.一种混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于，包括核电站模拟机、核电站主控制室、接口与分析系统、智能在线监测模块及混合现实模型，其中，所述核电站模拟机，用于建立物理模型，反映核岛及常规岛的热工水力特性，模拟实际操作和工况下的核电站运行状况；所述核电站主控制室，用于提供核电站DCS运行历史数据服务器中保存的核电站实时运行/状态参数；所述接口与分析系统，包括数据接口、核电站数据处理模块、混合现实数据处理模块和概率安全分析模块，所述数据接口用于与所述核电站模拟机、核电站主控制室、智能在线监测及混合现实模型进行数据交互，所述核电站数据处理模块用于将接收的数据进行加工、解码及转换，所述混合现实数据处理模块用于同步、读取及存储所述核电站数据处理模块和所述混合现实模型的数据，所述概率安全分析模块评估核电站的失效概率，分析结果传输至所述混合现实模型；所述智能在线监测模块，用于核电站数据分类、学习建模、故障预测及报警；所述混合现实模型，用于以三维全息图像的形式实时显示及接收操作员的操作指令。2.根据权利要求1所述的混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于：所述核电站模拟机设有共享内存，所述核电站模拟机的数据通过文件形式进行存储。3.根据权利要求1所述的混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于：所述数据接口包括模拟机数据接口、主控室数据接口、监测模块数据接口和模型数据接口，所述模拟机数据接口与所述核电站模拟机进行数据交互，所述主控室数据接口与所述核电站DCS运行历史数据服务器进行数据交互，所述监测模块数据接口与所述智能在线监测模块进行数据交互，所述模型数据接口与所述混合现实模型进行数据交互。4.根据权利要求3所述的混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于：所述模拟机数据接口与所述核电站模拟机进行双向数据交互，所述主控室数据接口与所述核电站DCS运行历史数据服务器进行单向数据交互，数据由所述核电站DCS运行历史数据服务器传输至所述接口与分析系统。5.根据权利要求4所述的混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于：所述模拟机数据接口与所述主控室数据接口在同一时间点有且仅有一个接口进行数据交互，当所述模拟机数据接口进行数据交互时，所述系统处于电站仿真模式；当所述主控室数据接口进行数据交互时，所述系统处于电站运行模式。6.根据权利要求1所述的混合现实核电站仿真和分析系统，其特征在于：所述核电站数据处理模块包括数据请求与回应模块、数据加工与转换模块和实时数据库，所述数据加工与转换模块用于将接收的数据进行加工、解码及转换，所述实时数据库用于存储加工后的数据，并用于为所述数据请求与回应模块提供数据缓存，加快数据传输。7.根据权利要求6所述的混合现实核电站仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁军，谢珊，吴一纯，缪惠芳，郑剑香，蔡岗全，
申请(专利权)人：厦门达阵信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35