
Рыбина Технология построения динамических 2011
.pdf
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 :
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим через I |
вход Моу( X ,U ,E ), а через O – выход ( Y ), |
|||||||
то o(t) = F XEU →Y |
(i(t), t [v,t], ot ((k ))(v), k = 0;(n −1),t) , где |
[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).
Рис. 36. Архитектура прототипа динамической ИЭС СУЗ ВВЭР-1000 |
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
|
|
|
Таблица 11 |
|
|
|
|
Класс |
Тип |
Атрибут |
Описание |
|
|
|
|
NuclearR |
Object- |
|
Объект, представляющий собой |
eactor |
definition |
|
ядерный реактор |
|
|
|
|
|
Integer |
State |
Состояние реактора |
|
Integer |
Time |
Время функционирования ре- |
|
|
|
актора |
|
Integer |
Temperature |
Температура реактора |
|
Integer |
Pressure |
Давление в реакторе |
|
Integer |
NuclearConcent |
Концентрация радиоактивного |
|
|
ration |
топлива |
|
Integer |
Power |
Мощность реактора |
|
Integer |
NuclearSpeed |
Скорость выгорания топлива |
|
|
Absorber_V |
Объем введенного поглотителя |
167
|
|
|
|
Продолжение табл. 11 |
|
|
|
|
|
Класс |
Тип |
Атрибут |
Описание |
|
Active |
Object- |
|
Объект, представляющий ак- |
|
Zone |
definition |
|
тивную зону ядерного реактора |
|
|
Integer |
ActiveZonePow |
Мощность активной зоны |
|
|
|
er |
|
|
|
Integer |
NuclearConcent |
Концентрация радиоактивного |
|
|
|
ration |
топлива |
|
|
Integer |
ActiveZone_V |
Объем активной зоны реактора |
|
Stem |
Object- |
|
Объект, |
представляющий |
|
definition |
|
стержни с поглотителем |
|
|
Integer |
Position |
Положение стержней с погло- |
|
|
|
|
тителем |
|
Condensa |
Object- |
|
Объект, представляющий кон- |
|
tor |
definition |
|
денсатор |
|
|
Integer |
CondensatorPre |
Давление в конденсаторе |
|
|
|
ssure |
|
|
|
Integer |
CondensatorTe |
Температура в конденсаторе |
|
|
|
mperature |
|
|
Generator |
Object- |
|
Объект, представляющий гене- |
|
|
definition |
|
ратор |
|
|
Integer |
Power |
Мощность |
выходного генера- |
|
|
|
тора |
|
MainCont |
Object- |
|
Объект, представляющий ос- |
|
our |
definition |
|
новной контур ядерного реак- |
|
|
|
|
тора |
|
|
Integer |
Temperature |
Температура в главном контуре |
|
|
Integer |
Pressure |
Давление в главном контуре |
|
BarabanS |
Object- |
|
Объект, представляющий бара- |
|
eparator |
definition |
|
бан-сепаратор, в котором сме- |
|
|
|
|
шивается вода и пар |
|
|
Integer |
Pressure |
Давление в барабане-сепарато- |
|
|
|
|
ре |
|
|
Integer |
Temperature |
Температура в барабане-сепа- |
|
|
|
|
раторе |
|
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