用于确定用于核反应堆堆芯的堆芯加载模式的自动化方法与流程

本公开涉及核反应堆堆芯的堆芯加载模式的确定。

背景技术：

1、本公开更特定来说涉及适用于核反应堆的计算方法和工具的开发。此处涉及的申请有关于用于设计加载模式的堆芯计算链中的多个第一级中的一个。

2、在用核组合件对核电厂的反应堆容器进行的每次实际重新加载之前，操作者必须实行既定评估未来反应堆堆芯的安全和操作的一组研究，这影响核电厂的实际重新启动。

3、为了实行这些研究，操作者通常能够接入“堆芯计算链”，其整合了用于重新加载用于新的核生产循环的组合件的应用程序。位于链的开始处的这些应用程序允许为在操作中的堆芯设计加载模式，所述加载模式必须遵守所有安全准则，以及称为“操作约束”的一组约束，所述约束例如禁止某些组合件的某些位置。

4、当前，工程师用专用应用程序“手动地”解决此复杂组合问题。

5、因此需要具有能够自动设计这些重新加载模式的工具，所述工具以可配置方式考虑了正确安全准则、操作约束和预留的可用组合件的质量。存储于池中的此类别的组合件称为“管理预留”。管理预留是通常已见到一些使用但仍能够进行额外操作循环的组合件。

6、从操作者的观点来看，需要能够管理对堆芯中的组合件的定位的约束的工具。

技术实现思路

1、本公开改进了所述情形。

2、提出一种由计算机构件辅助的用于确定用于核反应堆堆芯的最优堆芯加载模式的方法。在此方法中，特定来说，由所述计算机构件根据至少一个准则来测试核燃料组合件的相应位置，然后将最优位置指派到所述组合件且继续加载反应堆。所述反应堆堆芯包括(在无燃料组合件的情况下)相对于多个对称轴线对称地定位的大量单元，其中标准组合件各自既定用于插入到单元中。

3、用于未来加载的标准组合件被分布成由它们在核反应堆内已经历的生产循环的数目界定的至少三个类别：

4、-在先前生产循环中尚未使用且具有低于第一阈值的燃耗的第一类别的组合件(新的或等效组合件)，

5、-在先前生产循环中已经使用且具有在所述第一阈值与大于所述第一阈值的第二阈值之间的燃耗的第二类别的组合件，以及

6、-在至少两个先前生产循环中已经使用且具有高于所述第二阈值的燃耗的第三类别的组合件。

7、所述方法特定来说包括以下步骤：

8、-识别相对于所述对称轴线对称的单元位置的群组，且对每一群组中的对称位置数目进行计数，

9、-形成标准组合件的系列，同一系列的所述标准组合件具有至少类似的燃耗，所述系列各自包括数目分别对应于所述群组中的一个群组中的位置数目的标准组合件(术语“分别”在此处意指标准组合件系列与位置群组之间存在双射，每一组合件系列和每一位置群组由分别包括相同数目的元件的双射链接)，

10、-从有效模板加载模式的数据库选择按系列的组合件燃耗最接近于按系列的所述标准组合件的所述燃耗的模板加载模式，并且在数值模拟的情境内，对所述标准组合件指派对应于选择的模板模式中的所述组合件的位置的相应初始位置，

11、-通过数值模拟，相对于至少一个预定准则来测试由在所述初始位置处的所述标准组合件构成的加载模式，

12、-在保持先前形成的组合件系列的同时调换标准组合件的位置，且通过数值模拟，相对于所述预定准则来测试由在所述已调换位置处的所述标准组合件形成的所述加载模式，以及

13、-重复所述调换和测试步骤直到获得用于加载所述反应堆的至少一个候选模式为止，所述候选模式是最佳地满足所述预定准则的模式。

14、此处回顾燃耗(或燃耗速率)是表征燃料组合件和对堆芯计算进行建模的基本量。其表征燃料组合件在其裂变期间产生的能量。其以mwd/t表达，产生的总能量与加载的初始重金属的以公吨计的质量的比率。通过知道燃耗，我们可通过将比功率乘以例如先前操作的日历天数来快速计算能量。作为大致和一般规则，组合件集合的燃耗越高，与新组合件集合相比生成的功率越低。

15、此处，在形成组合件系列时，“类似燃耗”应理解成意味着其中值与彼此(或与每系列的平均)的偏差(以绝对值计)并不超过例如几个百分比点的组合件燃耗。“类似燃耗”的准则可以不是用于按系列将组合件分组的仅有准则。同一系列的组合件也可以根据相同技术设计和/或可以包括相同类型的燃料，和/或其它准则。

16、类似地，上述术语“按系列的组合件燃耗最接近于...燃耗的模板加载模式”应理解成意味着在数据库中选择其中燃耗值“最接近”于标准组合件的那些燃耗值的模板模式，方法例如是通过选择使模板模式和标准组合件的按系列的平均燃耗值的差的平方和之间的距离计算最小化的模板模式。

17、前述第一和第二“阈值”也应理解为意指简单地界定燃耗范围(例如0与200mwd/t之间，随后200与17,000mwd/t之间，随后17,000与33,000mwd/t或更大之间，等等)的阈值，这些范围最经常由这些标准组合件已经历的生产循环数目界定。

18、“通过数值模拟测试”应理解成意指在制止裂变核反应的中子吸收控制棒集群的不存在或存在下，以标准组合件处于受测试位置中进行操作的堆芯的中子学计算(经常在3d中)，且从其中可以特定来说通过控制棒集群的配置提取至少停机余裕以及分别在控制棒集群的不存在和存在下的燃料棒功率或“热点因数fxy和fxy,g”的值(在下文参考图50和51阐释这些参数)。此外，要满足的前述“准则”可以基于这些参数的组合，且特定来说意图通常是不超过这些参数的限值以用于候选堆芯的选择。

19、“调换标准组合件的位置”应理解成意指跨越同一系列的组合件的调换(“系列内”调换)以及在两个不同系列的所有相应组合件之间的位置交换(“系列间”调换)，这些不同系列具有相同数目的成员。特定来说，系列的成员在调换之后保持于相同系列中(且不分裂)。

20、在本公开的含义内的此实施例具有随后由所述计算机构件测试的自动化模式生成，通过调换或通过如在下文呈现的一个示例性实施例中将见到的与其它模式互混，其有时以反直观方式导致具有所属领域的技术人员非预期的质量的模式。

21、此计算机化生成使得有可能产生快速收敛(至多几十分钟内)的质量模式，其满足前述准则(表示为“cpe”且在下文定义)。

22、通常，调换可以随机地(或伪随机地，因为它们仍由所述计算机构件控制)实行，同时仍符合预定规则(特定来说例如其中组合件的位置可调换的方式)。

23、在一个实施例中(对于大部分堆芯，通常在加压水反应堆中)，所述多个对称轴线包括所述堆芯的四个对称轴线，其穿过所述堆芯的中心，且包括一个是竖直的且另一个是水平的两个轴线以及相对于水平线具有45度和135度的相应斜率的另两个轴线(所有这些轴线在堆芯模式的中心处相交)。我们随后考虑位于所述对称轴线上的单元的n个位置的群组和不位于所述对称轴线上的单元的m个位置的群组(对于加压水反应堆的堆芯，通常m>n)。举例来说，对于157个组合件的堆芯，我们有m＝8且n＝4。

24、在一个实施例中，前述方法可在所述数值模拟的情境中包含：

25、-将在所述标准组合件当中选择的组合件放置于中心位置中，以及

26、-在相对于所述多个对称轴线对称的位置群组中将所述系列的所述组合件放置于所述中心组合件周围，定位于同一位置群组中的所述组合件是同一组合件系列的成员(且因此具有类似燃耗)。

27、通常，中心组合件可以基于其燃耗来选择。大体来说，其可以是具有最高燃耗且能够在堆芯中经历额外循环而不超出规定燃耗的一个组合件。中心组合件不在系列中且因此不受任何调换影响。此外，可能优选的是将新的或等效组合件放置在堆芯的周边以便平滑(或均质化)径向功率分布，这是因为其高反应性，意指其生成核裂变的高容量。这也允许补偿容器的边缘处的中子泄漏。如图50中所示，一般来说意图是避免功率p的局部峰(点线曲线)且尽可能地平滑功率分布(实曲线)。

28、因此将理解，这些堆芯初步布置可以初始例如由所述模板模式给出。

29、在预定义调换规则当中，同一系列内的调换修改所述系列的每一组合件位置。

30、因此，在系列内调换期间，通过系列内的调换来移动所有组合件。

31、此实施方案在图19中作为实例示出。

32、在预定义调换规则当中，为了测试系列之间的调换(系列间)，所述方法可包括：

33、-调换具有相同数目的成员的两个不同系列之间的标准组合件的位置，且通过数值模拟，相对于所述预定准则来测试由在所述已调换位置处的所述标准组合件构成的加载模式。

34、此实施方案在图20中作为实例示出。

35、在用于创建如上文所提及的“互混模式”的实施方案中，调换和测试步骤可以：

36、-以预定数目的迭代实行，直到识别出第一候选模式，随后

37、-被重复预定数目的迭代，直到识别出第二候选模式，

38、所述方法进一步包括测试组合所述第一模式和所述第二模式的互混模式的至少一个步骤。

39、此步骤当然可以用两对、随后三对、四对等等候选模式连续地重复，其允许朝向理想模式逐渐收敛，如下文描述的图21中所示，此理想模式满足所述预定准则。

40、在一个实施例中，互混模式的构造可以如下实行：

41、-保持第一候选模式的组合件系列的子集的位置，且剩余组合件系列：

42、*被指派到与所述第二模式中的这些相同系列的位置重合的位置，前提是这些位置在所述互混模式中仍可用，或

43、*(否则)被指派到可用位置的其它群组，所述其它群组的成员数目等于仍待放置的系列成员的数目。

44、此实施方案在图19中示出。

45、在此情况下，始终将四个组合件的系列指派到各自由四个位置(上文称为“单元”的位置)构成的集合和/或将八个组合件的系列指派到各自由八个位置构成的集合。

46、为了进一步满足所述预定义调换规则，组合件大体上包含面向预定观测点的面，且在调换之后，已调换组合件仍具有面向所述观测点的此面(例如组合件的北面在调换之后仍面向北)。

47、关于验证已实现所述预定准则，可以在具有和不具有中子吸收控制棒集群的插入以制止链式反应的条件下，针对受测试的每一堆芯模式通过中子学计算来实行数值模拟，以便估计对受测试的所述堆芯模式特定的值，这些值特定来说包括不具有集群的热点因数fxy(pattern)和具有集群的热点因数fxy,g(pattern)，以及停机余裕margin(pattern)。

48、可以在表示为cpe的堆芯加载模式评估表达式的计算中将这些估计值与限值进行比较，且随后可以在可能模式当中选择具有最小评估表达式cpe的候选模式，因此满足所述预定准则。

49、在一个示例性实施例中，模式的评估表达式cpe是如下得出：

50、

51、其中：

52、-mar ginlim是停机余裕限值，

53、-fxykim,g是在控制棒集群的存在下的热点限值，

54、-fxylim是在无控制棒集群的存在下的热点限值,

55、-c是正实系数，且

56、-∑g表示在控制棒集群的集合上的项的总和，其中针对给定集群g的项的表达式为：

57、举例来说，在评估表达式cpe中，两个项：

58、

59、可以具有相同数量级，且随后可以初始选择系数c以使得项c×max(mar ginlim-mar gin(pattern)；0)也具有与前述两个项中的一个相同的数量级。

60、通常，系数c可以在0.5与1之间(其值例如为0.75)。

61、替代地，系数c可以例如在1与10之间。

62、通过实施上述方法，通过方法如此获得的堆芯模式可通常区别于现有技术的“常规”配置，其中第一类别的组合件位于堆芯的第一外围区中，第二类别的组合件位于堆芯的第二中间区中，且第三类别的组合件位于第三中心区中。在通过实施上述方法获得的堆芯中，这些组合件可例如比常规配置中更加“互混”。

63、本公开还涉及一种计算机程序，其包括指令，所述指令用于在这些指令由处理器执行时实施上述方法。根据另一方面，提供一种非暂时性计算机可读存储介质，在所述非暂时性计算机可读存储介质上存储此程序。

64、本公开还涉及一种计算装置，其包括用于实施上述方法的至少一个处理器。

65、图52示出此装置dev的示例性实施例，其通常包括能够至少存储前述类型的计算机程序的指令的存储器mem以及与存储器mem协作以便执行这些指令的处理器proc。装置dev可以进一步包括：输入接口in，处理器proc与所述输入接口协作以便接收例如与组合件相关的数据(总数目、燃耗、模板模式数据等)；以及输出接口out，处理器proc与所述输出接口协作以便递送例如候选模式的数据。