Рыбина Технология построения динамических 2011

Опишем технологию построения демонстрационного прототипа динамической ИЭС, предназначенной для поддержки решения задач мониторинга, управления системой защиты и выдачи рекомендаций по поддержанию состояния реактора ВВЭР-1000 в штатном режиме. В рамках созданного прототипа проводится моделирование динамики состояния активной зоны ядерного реактора типа ВВЭР-1000 и обеспечивается поддержка принятия решений для специалиста-оператора системы защиты ядерного реактора ВВЭР-

1000 [46]-[48].

Краткое описание проблемной области. Технологическая схема энергоблоков с реакторами ВВЭР1000 (рис. 34) имеет два контура. Первый контур (радиоактивный) включает в себя реактор типа ВВЭР и циркуляционные петли охлаждения. Каждая петля содержит главный циркуляционный насос (ГЦН), парогенератор и две главные запорные задвижки (ГЗЗ). К одной из циркуляционных петель первого контура подсоединен компенсатор давления, с помощью которого в контуре поддерживается заданное давление воды, являющейся в реакторе одновременно и теплоносителем и замедлителем нейтронов. На энергоблоках с ректором ВВЭР-440 имеется по шесть циркуляционных петель, на энергоблоке с реактором ВВЭР-1000 – четыре циркуляционные петли.

Второй контур (нерадиоактивный) включает в себя парогенераторы, паропроводы, паровые турбины, сепараторы-пароперегре- ватели, питательные насосы и трубопроводы, деаэраторы и регенеративные подогреватели.

Рис. 34. Технологическая схема ВВЭР-1000

161

Парогенератор является общим оборудованием для первого и второго контуров. В нем тепловая энергия, выработанная в реакторе, от первого контура через теплообменные трубки передается второму контуру. Насыщенный пар, вырабатываемый в парогенераторе, по паропроводу поступает на турбину, которая приводит во вращение генератор, вырабатывающий электрический ток.

Постановка задачи. Целями разработки и функционирования прототипа динамической ИЭС являются визуализация текущего состояния системы, генерация управляющего воздействия на основе показаний датчиков энерговыделения и расчетных параметров системы внутриреакторного контроля, а также формирование рекомендаций оператору ядерного реактора типа ВВЭР-1000 по изменению характеристик активной зоны для достижения стабильного состояния системы при требуемом уровне энерговыделения.

Построение имитационной модели, используемой в прототипе динамической ИЭС СУЗ ВВЭР-1000. Имитационная модель СУЗ ВВЭР-100 строится в соответствии с подходами и методами, изложенными в разделе 1.4., поэтому ИМ включает модель управляемого объекта, модель системы управления и модель внутренних возмущений. Входы модели управляемого объекта делятся на кон-

тролируемые неуправляемые X = (x1, x2 ,..., xn ) , контролируемые управляемые U = (u1,u2 ,...,um ) , возмущения E = (e1, e2 ,..., eq ) . Система характеризуется ее выходом Y = ( y1, y2 ,..., yl ) . Управление

U , в свою очередь, является выходом модели системы управления,

а возмущение E – выходом датчиков случайных чисел (модели внутренних возмущений).

Система может находиться в одном из допустимых состояний, представляющих собой вектор C = (c1,c2 ,..., cs ) и C Ω – про-

странство возможных (не только допустимых) состояний системы. Модель объекта управления, модель системы управления и модель случайных возмущений (раздел 1.3.5) представлены на рис.

35. Рассмотрим ее компоненты.

162

1. Описание вектора контролируемых неуправляемых парамет-

ров X = (x1, x2 ,..., xn ) :

∙x1 – плотность потока нейтронов Ф (нейтр./м2*с) Интервал: [0,0001;1000000];

∙x2 – реактивность ρ(без ед. измерения). Интервал: [-1;10];

∙x3 – объем активной зоны реактора V (м3). Интервал: [30;200];

∙x4 – мощность источника нейтронов N (МВт). Интервал:

[100000;1000000];

∙x5 –интенсивность источника нейтронов [106÷107] (нейтр./c.);

∙x6 – мощность активной зоны реактора (МВт). Интервал:

[0;3000];

∙ x7 – мощность выходного генератора (МВт). Интервал: [0;2400];

∙x8 – скорость выгорания ядерного топлива (ГВт·ед.вр./т). Ин-

тервал: [0;10];

∙x9 – температура ба рабана-сепаратора (С). Интервал: [0;3000];

∙x10 – положение стержней с поглотителем (м). Интервал:

[-25;20];

∙x11 – объем поглотителя в реакторе (м3). Интервал: [0;3000];

∙x12 – давление в барабане сепараторе(МПа). Интервал:

[0;1000];

∙ x13 – давление в основном контуре(МПа). Интервал: [0;1000]. 2. Описание вектора контролируемых управляемых параметров

U= (u1,u2 ,...,um ) :

∙U1 – изменение положения стержней с поглотителем(м);

∙U2 – ввод дополнительного объема поглотителя, для снижения мощности активной зоны(м3);

∙U3 – ввод пароводяной смеси, для повышения мощности активной зоны(м3);

∙U4 – изменение давления в барабане– сепараторе – изменение давления в парогенераторе с целью изменения мощности на выходном генераторе(КПа);

∙U5 – изменение мощности активной зоны (МВТ);

∙U6 – изменение мощности выходного генератора (МВТ);

163

∙ U7 –изменение состояния ядерного реактора (реактор запущен, реактор заглушен, аварийное глушение реактора).

3. Описание вектора возмущений E = (e1, e2 ,..., eq ) :

∙e1 – изменение положения стержня с поглотителем (м);

∙e2 – уменьшение количества поглотителя в реакторе (м3);

4. Описание вектора выходных параметров системы

Y= ( y1, y2 ,..., yl ) :

∙y1 – состояние ядерного реактора {заглушен, запущен, аварийное выключение реактора};

∙y2 – рекомендации по выведению активной зоны в штатный режим функционирования;

∙y3 – рекомендации по выведению выходного генератора в штатный режим функционирования;

∙y4 – скорость изменения мощности активной зоны;

∙y5 – скорость изменения мощности выходного генератора.

5. Описание множества допустимых штатных состояний систе-

мы C = (c1, c2 ,..., cs ) :

∙с1 – ядерный реактор заглушен (остановлен);

∙с2 – ядерный реактор запущен;

∙с3 – мощность активной зоны быстро уменьшилась;

∙с4 – мощность активной зоны уменьшилась;

∙с5 – мощность активной зоны быстро увеличилась;

∙с6 – мощность активной зоны увеличилась;

∙с7 – мощность выходного генератора быстро уменьшилась;

∙с8 – мощность выходного генератора уменьшилась;

∙с9 – мощность выходного генератора быстро увеличилась;

∙с10 – мощность выходного генератора увеличилась.

6. Функция перехода F XEU →Y :

[o(k ) (t)](t = v) = o(k ) (v), k = 0;(n −1) – начальные условия. Таким об-

разом, в любой момент времени t есть некоторая функция и от входа и от начальных условий:

164

X = (45000, -0.5 , 120, 250000, 1000000, 2500, 2000, 6, 1900, 5, 1000, 700, 600);

U = (-1, 30, 0, 20, 150, 35, реактор запущен);

E = (1, 3).

Реактор работает в нормальном режиме, необходимо увеличить мощность активной зоны на 150 МВТ, скорректировать положение стержней поглотителя (так как они были сдвинуты – вектор возмущений) и если число поглотителя меньше заданной величины, то и добавить его (так как его количество уменьшится за единицу времени и оно было уменьшено нерасчетным образом – вектор возмущений).

Y = (реактор запущен, -,-,-,-)

Рис. 35. Модель объекта управления, модель системы управления, модель случайных возмущений

Архитектура прототипа динамической ИЭС СУЗ ВВЭР-1000.

Архитектура прототипа динамической ИЭС СУЗ ВВЭР-1000 по165

строена на основе классической архитектуры динамической ИЭС и представлена на рис. 36. Рассмотрим основные компоненты представленной архитектуры:

∙подсистема моделирования внешнего мира предназначена для реализации этапов имитационного эксперимента на ИМ;

∙база знаний состоит из двух частей: правил, описывающих функционирование ИМ, и правил, использующихся для решения задач;

∙решатель и рабочая память реализованы средствами систе-

мы G2;

∙диалоговый компонент используется для взаимодействия с оператором (отображает информацию о текущем состоянии модели

ивыдает рекомендации по действиям, которые следует предпринять).

Диаграмма классов. Диаграмма классов используется для представления статической структуры модели системы в термино-

166

логии классов объектно-ориентированного программирования. Она отражает различные взаимосвязи между отдельными сущностями ПрО. Диаграмма классов прототипа динамической ИЭС СУЗ ВВЭР-1000 представлена на рис.37. Детальное описание классов и их атрибутов представлено в табл. 11.

Рис. 37. Диаграмма классов системы

167

Иерархия рабочих пространств. При разработке прототипа ИЭС созданы следующие рабочие пространства:

1. TITLE – рабочее пространство, содержащее название прототипа, имена разработчика и руководителя;

168

2.SETTINGS – рабочее пространство, содержащее настройки первоначального состояния реактора;

3.RULE – рабочее пространство, содержащее правила и процедуры, используемые при решении задачи;

4.MAINWORK – рабочее пространство, представляющее рабочее место оператора ядерного реактора;

5.CLASSES – рабочее пространство, содержащее объявление классов, объектов, а также всех переменных, используемых интерфейсом пользователя;

6.AVARIA – рабочее пространство, содержащее сообщение об аварийной ситуации на реакторе;

7.ACTION – рабочее пространство, позволяющее оператору управлять реактором;

8.SIMULATION – рабочее пространство для специалиста по имитационному моделированию;

9.USERWORKSPACE– рабочее пространство, позволяющее пользователю выбрать режим работы прототипа.

Правила БЗ прототипа ИЭС СУЗ ВВЭР-1000. Ниже на ЯПЗ системы G2 представлены примеры правил БЗ прототипа СУЗ ВВЭР-1000. Исходя из архитектуры прототипа (см. рис. 36), они делятся на две группы: правила, использующиеся для решения задачи, и правила подсистемы моделирования внешнего мира.

Группа 1:

∙ if the power of activezone> 0 then conclude that the power of activezone = the power of NuclearReactor - (the concentration of ActiveZonethe concentration of NuclearReactor)*concentrationParam - the position of Steam- (the temperature of NuclearReactor - the temperature of BarabanSeparator) - the full_conc of NuclearReactor;

∙ If the text of event1 = "Мощность активной зоны

уменьшилась до [delta_activezone]МВт" then conclude that the recomendation1 = "Поднять стержни с поглотителем или прекратить подачу поглотителя в реактор";

∙ If the text of event1 = "Мощность активной зоны быстро

уменьшилась до [delta_activezone]" and the temperature of NuclearReactor<500 then conclude that the recomendation1 = "Поднять стержни с поглотителем или прекратить подачу поглотителя в реактор";

169

∙ If the text of event1 = " Мощность активной зоны быстро

уменьшилась до [delta_activezone]МВт " and the temperature of NuclearReactor then conclude that the recomendation1 = "Поднять стержни с поглотителем на [delta_steam] м";

∙ If the text of event1 = Мощность активной зоны

увеличилась до [delta_activezone] МВт " and the temperature of NuclearReactorand the temperature of NuclearReactor<500 then conclude that the recomendation1 = "Прекратить подачу

пароводяной смеси";

Группа 2:

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\1.jpg" then conclude that the file- name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\2.jpg" ;

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\2.jpg" then conclude that the file- name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\3.jpg" ;

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\3.jpg" then conclude that the file- name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\4.jpg" ;

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\4.jpg" then conclude that the file- name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\5.jpg" ;

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\5.jpg" then conclude that the file- name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\6.jpg";

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\6.jpg" then conclude that the file- name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\7.jpg" ;

∙if the state of NuclearReactor =1 and the file-name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\7.jpg" then conclude that the file-

name-of-image of main_image = "C:\Reactor\START\8.jpg";

Тест-пример работы прототипа ИЭС. На рабочем простран-

стве оператора (рис.38) ядерного реактора выводятся события, происходящие во время функционирования реактора ВВЭР-1000.

С помощью пульта управления оператор может отдавать команды по изменению давления в барабане-сепараторе, управлению

170