CANDU堆換料優(yōu)化方法研究及直接優(yōu)化方法在壓水堆堆芯換料中的可行性研究.pdf

1、換料方案的選擇直接關(guān)系到核電廠運行的安全性與經(jīng)濟性，是一個非常復(fù)雜的優(yōu)化問題。本文采用整數(shù)規(guī)劃方法分別對CANDU型重水反應(yīng)堆換料優(yōu)化問題和直接優(yōu)化方法在壓水堆堆芯換料中的可行性做了研究。首先，對CANDU堆換料優(yōu)化問題進行了研究。鑒于CANDU堆不停堆換料的特殊性，為考慮換料帶來的長期效應(yīng)，本文分兩個階段來進行換料方案的優(yōu)化，兩個階段采用不同的堆芯物理模型。第一階段采用時均功率分布和零維反應(yīng)性等物理模型，建立起候選通道選擇的優(yōu)化模型。

2、該模型以換料通道數(shù)目最少為目標(biāo)函數(shù)，在約束堆芯總體反應(yīng)性滿足運行要求的同時，重點約束堆芯區(qū)域反應(yīng)性平衡，用于獲得未來16周的候選換料通道組合，其中前數(shù)周的換料通道將作為第二階段優(yōu)化的候選通道。第二階段基于線性敏感矩陣(LSM)方法建立起周換料方案優(yōu)化模型。該模型以周平均卸料燃耗最深為目標(biāo)函數(shù)，以堆芯關(guān)鍵安全參數(shù)的運行限值作為約束，用于確定未來一周的換料通道及具體換料順序。LSM方法是本文提出的用于CANDU堆換料方案快速評價的線性敏感矩

3、陣方法，數(shù)值結(jié)果表明它能快速、高精度地預(yù)測堆芯關(guān)鍵參數(shù)。以上兩個階段的優(yōu)化模型均為線性整數(shù)規(guī)劃模型，可采用商用優(yōu)化軟件ILOG CPLEX來求解。利用以上的優(yōu)化方法，并輔以RFSP程序在秦山三期1號機組上開展換料數(shù)值模擬，將392 FPD的數(shù)值模擬結(jié)果與實際歷史運行數(shù)據(jù)相比較，得到如下結(jié)論：基于整數(shù)規(guī)劃的CANDU堆換料優(yōu)化方法在不破壞反應(yīng)堆各項安全限值要求的前提下，能夠提高堆芯平均卸料燃耗(達到176.54 MWh/kgU)，減少換料

4、數(shù)目(共節(jié)省32個棒束)，使堆芯功率分布更加接近目標(biāo)值，整體優(yōu)化效果較為顯著，表明該方法已基本具備在核電站現(xiàn)場應(yīng)用的條件。其次，對直接優(yōu)化方法在壓水堆堆芯換料中的可行性進行了研究。針對前期初步可行性研究階段尚未解決的求解速度問題，本文通過采用線性微擾理論，建立起了基于HHLP線性化方法的直接優(yōu)化模型。數(shù)值檢驗結(jié)果表明，當(dāng)擾動方案與參考方案差異較大時，優(yōu)化模型的計算精度變得很差。通過對如何選取參考方案的探討，最后確定采用迭代方法，即從任意

5、選定的參考方案及其精確解出發(fā)，求解基于HHLP線性化方法的直接優(yōu)化模型，然后用當(dāng)前最優(yōu)方案更新參考方案，重復(fù)以上過程至最優(yōu)方案收斂。利用該方法對實際兩環(huán)路壓水堆堆芯布料優(yōu)化的不同問題進行了優(yōu)化，其中包括不考慮燃耗和考慮燃耗、有可燃毒物棒和無可燃毒物棒等，這些優(yōu)化問題均以最大化有效增殖系數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，以組件(燃料棒)功率峰因子等為約束條件。數(shù)值檢驗結(jié)果表明，基于HHLP線性化方法的直接優(yōu)化方法雖然無法保證搜索到真正全局最優(yōu)方案，但迭代過程