一种堆芯装载方案局部搜索方法及系统与流程

1.本发明属于方案优选技术领域，尤其涉及一种堆芯装载方案局部搜索方法及系统。


背景技术：

2.压水堆每个运行循环结束后要卸出全部燃料组件中的一部分，装载新的燃料组件并对所有燃料组件位置进行重新排列以获得尽可能优的燃料经济性。典型现代压水堆装载有157盒燃料组件，可能的堆芯装载方案数量非常巨大。因此，通常根据工程经验确定一个初始方案，然后，基于初始方案的评价结果调整少量几盒燃料组件的位置并得到一个新的方案，重复评价-调整-评价过程，直到获得满足安全设计要求并且综合经济性尽可能优的方案。
3.换料设计得到的堆芯装载方案经济性和评价方案数量正相关，受制于设计方法目前评价的堆芯装载方案数量是非常有限的。调整方案过程中用到的燃料组件位置调整方式包括：任意两个位置燃料组件的交换、斜对称位置燃料组件的交换以及燃料组件位置的旋转等。由于缺少基于以上规则的堆芯装载方案产生方法，每次调整只能产生少量几个方案进行评价和比较，无法得到经济性更好的局部最优方案。
4.综上，发明人发现，目前普遍采用的堆芯装载方案设计方法严重依赖工程经验，在调整燃料组件位置过程中，如何调整、怎么调整完全由工程经验决定。堆芯装载方案评价过程包括堆芯参数计算、数据提取、堆芯方案经济性参数计算和比较等步骤，堆芯装载方案的评价效率低；目前，堆芯装载方案评价过程是手动完成的，无法在有限的时间内完成大批量堆芯装载方案的评价。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种堆芯装载方案局部搜索方法及系统，可以直接得到局部最优解，且扩大了堆芯装载方案的搜索范围，从而提高了所设计堆芯装载方案的经济性。
6.第一方面，本发明提供了一种堆芯装载方案局部搜索方法，包括：
7.获取局部搜索空间，将局部搜索空间划分为多个子搜索区域；
8.通过多个子搜索区域确定装载区域数量，以及确定局部搜索空间中组件位置数量和燃料组件数量；
9.依据装载区域数量、组件位置数量和燃料组件数量，通过组合算法、排列算法、旋转算法中的一种或几种，计算得到搜索空间的全部方案；
10.依据经济性指标，在全部方案中进行搜索，得到最优方案。
11.进一步的，局部搜索空间按照堆芯对称性的不同分为四分之一对称堆芯局部搜索空间和八分之一对称堆芯局部搜索空间。
12.进一步的，对于四分之一对称堆芯，通过组合算法获得的总方案数为：
[0013][0014]
其中，k为装载区域个数，mk为组件位置个数，nk为燃料组件个数；
[0015]
对于八分之一对称堆芯，通过组合算法获得的总方案数为：
[0016][0017]
其中，n
k4
和m
k4
分别为四分之一对称燃料组件个数和组件位置个数；n
k8
和m
k8
分别为八分之一对称燃料组件个数和组件位置个数；
[0018]
按照批料排列后的方案数为：
[0019][0020]
其中，b为批料数；mb为不同批次的燃料组件；m为燃料组件的组合数；b为批料编号；i为位置编号。
[0021]
进一步的，对于四分之一对称堆芯，通过排列算法获得的总方案数为：
[0022][0023]
其中，其中，k为装载区域个数，mk为组件位置个数，nk为燃料组件个数；考虑每一种方案排列的旋转，则总方案数：
[0024][0025]
对于八分之一对称堆芯，通过排列算法获得的总方案数为：
[0026][0027]
其中，n
k4
和m
k4
分别为四分之一对称堆芯燃料组件个数和组件位置个数；n
k8
和m
k8
分别为八分之一对称堆芯燃料组件个数和组件位置个数；
[0028]
如果n
k8
》m
k8
，且将八分之一对称堆芯的燃料组件分为2个四分之一对称堆芯燃料组件，此时总方案数为：
[0029][0030]
如果考虑八分之一对称组件在四分之一对称堆芯内部对称位置的调换，则总方案数为：
[0031][0032]
如果考虑燃料组件的旋转，则通过旋转算法总方案数：
[0033][0034]
进一步的，各子搜索区域燃料组件位置对应的全堆燃料组件数量和提供的燃料组件数量一致。
[0035]
进一步的，先利用组合算法进行方案筛选，得到初步方案数，然后利用排列算法，在初步方案中进行筛选，得到进一步的方案数，最后，利用旋转算法，在进一步的方案中进行筛选，得到最终的方案数；利用排列算法，在初步方案中进行筛选时可重复进行。
[0036]
进一步的，经济性指标有包括寿期末堆芯燃耗、循环长度和卸料组件平均燃耗。
[0037]
第二方面，本发明还提供了一种堆芯装载方案局部搜索系统，包括：
[0038]
获取局部搜索空间，将局部搜索空间划分为多个子搜索区域；
[0039]
通过多个子搜索区域确定装载区域数量，以及确定局部搜索空间中组件位置数量和燃料组件数量；
[0040]
依据装载区域数量、组件位置数量和燃料组件数量，通过组合算法、排列算法、旋转算法中的一种或几种，计算得到搜索空间的全部方案；
[0041]
依据经济性指标，在全部方案中进行搜索，得到最优方案。
[0042]
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面中所述的堆芯装载方案局部搜索方法的步骤。
[0043]
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面中所述的堆芯装载方案局部搜索方法的步骤。
[0044]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0045]
本发明依据装载区域数量、组件位置数量和燃料组件数量，通过组合算法、排列算法、旋转算法中的一种或几种，计算得到搜索空间的全部方案，可以按照各种燃料组件位置调整规则产生所定义局部空间的全部方案，并可以依据经济性指标自动进行评价后给出最优的堆芯装载方案；通过组合算法、排列算法、旋转算法得到的全部方案，显著扩大了堆芯装载方案的搜索空间，改善了换料循环中所设计堆芯装载方案的经济性。
附图说明
[0046]
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0047]
图1为本发明实施例1的流程图；
[0048]
图2为本发明实施例1的类型匹配的堆芯装载方案分区组合算法的流程图；
[0049]
图3为本发明实施例1的类型匹配的堆芯装载方案分区排列旋转算法的流程图；
[0050]
图4为本发明实施例2的初始方案装载图；
[0051]
图5为本发明实施例2的搜索方案装载图；
[0052]
图6为本发明实施例3的初始方案装载图；
[0053]
图7为本发明实施例3的搜索方案装载图。
具体实施方式：
[0054]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0055]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0056]
实施例1：
[0057]
如图1所示，本发明提供了一种堆芯装载方案局部搜索方法，属于一种压水堆换料设计堆芯装载方案局部搜索方法，包括：
[0058]
获取局部搜索空间，将局部搜索空间划分为多个子搜索区域；
[0059]
通过多个子搜索区域确定装载区域数量，以及确定局部搜索空间中组件位置数量和燃料组件数量；
[0060]
依据装载区域数量、组件位置数量和燃料组件数量，通过组合算法、排列算法、旋转算法中的一种或几种，计算得到搜索空间的全部方案；
[0061]
依据经济性指标，在全部方案中进行搜索，得到最优方案。
[0062]
首先，确定堆芯装载方案的局部搜索空间；具体为：
[0063]
每次进行搜索前要先定义局部搜索空间。局部搜索空间可以由1个或者多个搜索区域组成，搜索区域之间相互独立。局部搜索空间的大小应根据计算资源的多少和接受的评价时间共同决定；具体的，获取局部搜索空间时，局部搜索空间可以由专家知识经验定义，还可以基于上一循环实际采用的堆芯装载方案定义局部搜索空间，局部搜索空间决定了换料方案搜索的方向，尽量将局部搜索空间划分为多个子搜索区域以降低空间中的堆芯装载方案数量。
[0064]
局部搜索空间按照堆芯对称性的不同可以分为四分之一局部搜索空间和八分之一局部搜索空间。四分之一局部搜索空间可以保证堆芯装载方案的四分之一对称性；八分之一局部搜索空间可以保证堆芯装载方案的八分之一对称性。根据每个位置对应的全堆芯燃料组件数量，四分之一局部搜索空间包括2种类型的燃料组件；八分之一局部搜索空间包括3种类型的燃料组件。
[0065]
局部搜索空间中各子区域燃料组件位置对应的全堆燃料组件数量和提供的燃料组件数量要一致。
[0066]
然后，产生堆芯装载方案；具体为：
[0067]
类型匹配分区组合算法：
[0068]
假设共有k个装载区域，每个区域的共有mk个组件位置，nk个燃料组件，k＝1，2，3，
…
，k。
[0069]
对于四分之一对称堆芯，通过分区组合算法获得的总方案数为：
[0070][0071]
对于八分之一对称堆芯，假设每个区域的四分之一对称燃料组件数和位置数分别为n
k4
，m
k4
，八分之一对称燃料组件数和位置数分别为n
k8
，m
k8
，则有：
[0072][0073]
此时，通过类型匹配组合获得的总方案数为：
[0074][0075]
获得方案的组合后，为了得到批料方案，还需要对每一种具体的组合按照“批料”进行排列。假设共有m个燃料组件的组合，不同批次的燃料组件为mb，则有：
[0076][0077]
按照“批料”排列后的方案数为：
[0078][0079]
堆芯装载方案类型匹配分区组合算法分为两步，第1步使用n
combination
的算法生成所有的组合方案，第2步使用nb的算法，生成每一种组合方案的批料方案。
[0080]
类型匹配分区排列旋转算法：
[0081]
假设共有k个装载区域，每个区域的共有mk个组件位置，nk个燃料组件，k＝1，2，3，
…
，k，对于四分之一对称堆芯，除了中心组件所有的组件均对应全堆芯的4个燃料组件，对于八分之一对称堆芯，除了中心组件，对称轴上的燃料组件对应全堆芯的4个燃料组件，非对称轴上的燃料组件对应全堆芯的8个燃料组件。
[0082]
对于四分之一对称堆芯，总方案数为：
[0083][0084]
如果进一步考虑每一种方案排列的旋转，则总方案数：
[0085][0086]
其中，
[0087][0088]
对于八分之一对称堆芯，假设每个区域的四分之一对称燃料组件数和位置数分别为n
k4
，m
k4
，八分之一对称燃料组件数和位置数分别为n
k8
，m
k8
，则有：
[0089][0090]
此时，总方案数为：
[0091][0092]
如果n
k8
》m
k8
，且可以将八分之一对称的8盒燃料组件分为2个四分之一对称燃料组件，则此时总方案数为：
[0093][0094]
如果考虑八分之一对称组件在四分之一对称堆芯内部对称位置的调换，则总方案数为：
[0095][0096]
如果进一步考虑燃料组件的旋转，则总方案数：
[0097][0098]
最后，评价堆芯装载方案；具体为：
[0099]
可以使用大规模集群计算机自动完成堆芯装载方案的评价，包括任务执行、数据提取和堆芯装载方案经济性指标计算及比较。
[0100]
基于本实施例中的堆芯装载方案产生算法可以按照模板产生定义搜索空间的全部方案，即堆芯程序的输入文件，然后将输入文件提交至集群计算机的作业管理系统对堆芯装载方案进行评价。评价完成后按照关键词从堆芯程序的计算输出中提取堆芯装载方案的经济性指标并用于方案优劣的比较；关键词可以为寿期末堆芯燃耗、燃料组件燃耗分布、功率因子f
δh
和fq等。
[0101]
本实施例对各种搜索目标的经济性指标均适用。常用的堆芯装载方案经济性指标有寿期末堆芯燃耗、循环长度和卸料组件平均燃耗等。根据搜索目标的不同可定义不同的经济性指标，经济性指标的定义不同只影响堆芯装载方案评价和比较过程，对堆芯装载方案的产生过程无影响。
[0102]
根据堆芯装载方案的评价结果可以给出当前局部空间中的最优方案，该方案可以作为最终的优化方案，也可以基于该方案定义新的局部搜索空间继续进行搜索和优化。本实施例中可以给出定义搜索空间的全部方案，即穷举法，因此在堆芯装载方案评价后可以通过比较经济性指标直接给出局部空间中的最优方案。基于局部最优方案定义新的搜索空间反复进行搜索可以持续逼近全局最优方案。
[0103]
需要说明的是，换料方案局部搜索方法包括局部搜索空间的定义、堆芯装载方案的产生和堆芯装载方案的自动评价供3个步骤的内容。换料方案搜索方法的核心步骤是堆芯装载方案的产生，堆芯装载方案产生方法模拟了实际换料设计中燃料组件的调换规则，提高了评价堆芯装载方案的数量，使堆芯装载方案的经济性得到显著提升。
[0104]
产生堆芯装载方案时可以单独使用带类型匹配的分区组合算法、排列算法和旋转算法的一种，也可以混合使用。具体使用哪种算法来产生堆芯装载方案决定于初始堆芯装载方案的优劣程度，堆芯装载方案的初步筛选时，优先使用组合方法，组合算法可以用于确定反应性相差较大燃料组件的位置，比如不同批次的燃料组件；堆芯装载方案的精细调整时，优先使用排列方法，排列算法可以用于确定反应性相近燃料组件的位置，比如同一批次燃料组件；堆芯装载方案的功率峰最终优化时，优先采用旋转方法，旋转算法可以用于确定对称位置燃料组件的位置；可以理解的，先利用组合算法进行方案筛选，得到初步方案数，然后利用排列算法，在初步方案中进行筛选，得到进一步的方案数，最后，利用旋转算法，在进一步的方案中进行筛选，得到最终的方案数；其中利用排列算法，在初步方案中进行筛选时可重复进行。
[0105]
采用八分之一局部搜索空间可以使堆芯满足更强的对称性，同时降低搜索空间中包含的燃料组件数量。
[0106]
可以基于本实施例搜索得到的堆芯装载方案再次定义局部搜索空间进行搜索，这个过程可以重复进行，直到多次搜索得到的局部最优堆芯装载方案不变为止。
[0107]
本实施例通过换料方案搜索方法产生搜索空间中的全部堆芯装载方案并行评价，进而给出局部最优的堆芯装载方案，可以大幅度提高堆芯装载方案的设计效率，明显改善
堆芯装载方案的综合经济性。对于不同类型的方形燃料组件的压水堆堆芯，本发明的换料设计堆芯装载方案局部搜索方法具有通用性。
[0108]
实施例2：
[0109]
为了对实施例1中的方法进行说明和验证，本实施例中，以装载157盒方形燃料组件的压水堆核电厂a第2循环换料设计为例，说明了换料方案的应用过程和效果。搜索的初始方案是经过工程反复优化得到的方案，综合经济性非常接近局部最优解。搜索的目标是获得卸料燃耗更大的堆芯装载方案。
[0110]
考虑到初始方案已经非常接近局部最优解，因此采用如下的策略定义局部搜索空间，s1、将反应性相近的燃料组件定义为一个搜索空间，并使用排列算法产生堆芯装载方案；s2、将燃料组件内部燃料梯度大的燃料组件定义为一个搜索空间，并使用旋转算法产生堆芯装载方案。
[0111]
产生和评价的总方案数量为1104个，表1给出了搜索结果和初始堆芯装载方案经济性参数的比较，可以看出搜索方案在不改变其他堆芯经济性和安全性参数的前提下，卸料燃耗更大。
[0112]
表1搜索结果和初始堆芯装载方案经济性参数的比较
[0113][0114]
实施示例3：
[0115]
为了对实施例1中的方法进行说明和验证，本实施例中，以装载157盒方形燃料组件的压水堆核电厂b第3循环换料设计为例，说明了换料方案的应用过程和效果。搜索的初始方案参考上一循环的堆芯装载方案设计，未经过工程优化，该方案的经济性较差，因此使用本发明中的方法对初始方案进行了多次搜索。搜索的目标是在满足安全限值的前提下，获得循环长度更长的堆芯装载方案。
[0116]
考虑到初始方案经济性较低，因此采用如下的策略定义局部搜索空间，s1、将反应性相近的燃料组件定义为同一批次，并使用组合算法堆芯装载方案，确定不同反应性燃料组件的布置位置；s2、将靠近堆芯中心和堆芯最外侧的燃料组件定义为一个局部搜索空间的两个子区域，并使用排列算法产生堆芯装载方案；s3、将反应性相差较大的批次f1和批次f2定义为一个局部搜索空间，使用排列算法产生堆芯装载方案；s4、在步骤s3、搜索结果的基础上，将反应性相近的燃料组件定义为一个局部搜索空间，使用旋转算法产生堆芯装载方案。
[0117]
产生和评价的总方案数量为11000个，表2给出了搜索结果和初始堆芯装载方案经济性参数的比较，可以看出循环长度明显增大，满足搜索目标要求；功率峰因子略有提高，但仍然在安全限值以内；卸料燃耗降低，说明循环长度的增加主要是通过燃烧新燃料组件获得的。
[0118]
表2搜索结果和初始堆芯装载方案经济性参数的比较
[0119][0120]
实施例4：
[0121]
本实施例提供了一种堆芯装载方案局部搜索系统，包括：
[0122]
获取局部搜索空间，将局部搜索空间划分为多个子搜索区域；
[0123]
通过多个子搜索区域确定装载区域数量，以及确定局部搜索空间中组件位置数量和燃料组件数量；
[0124]
依据装载区域数量、组件位置数量和燃料组件数量，通过组合算法、排列算法、旋转算法中的一种或几种，计算得到搜索空间的全部方案；
[0125]
依据经济性指标，在全部方案中进行搜索，得到最优方案。
[0126]
所述系统的工作方法与实施例1的堆芯装载方案局部搜索方法相同，这里不再赘述。
[0127]
实施例5：
[0128]
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的堆芯装载方案局部搜索方法中的步骤。
[0129]
实施例6：
[0130]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的堆芯装载方案局部搜索方法中的步骤。
[0131]
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。