用于循环燃料管理的自动换料方法及系统

摘要

公开了用于循环燃料管理的自动换料系统和方法，方法包括：对系统进行初始化；接收堆芯程序传递的信息；根据接收的信息，将部分堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯；分析换料组件在上一循环的位置，采用组件旋转策略来调整换料组件中节块的分布位置；通过按照输入的倒料信息交换换料组件内部信息，来进行换料；以及将换料之后的堆芯布置上传至堆芯程序，形成用于下一循环的堆芯模型，以进行后续循环计算。本发明示例实施例不对堆型进行限制，适用于任何堆型的堆芯计算，通过建立每个循环燃耗末期数据库，读取各个循环堆芯换料布置，可以实现多循环自动换料堆芯计算，为燃料管理提供便利，具有良好的工程应用性。

说明书

技术领域

本发明示例性实施例总体上涉及核电厂燃料管理领域，具体涉及一种用于循环燃料管理的自动换料方法及系统。

背景技术

一批核燃料元件往往要经历若干个循环才会卸出堆芯，在此期间，需要在堆芯内停留相当长的时间(一般3～5年)，进行多次循环换料操作。同时，核燃料的制造成本是极其昂贵的，因而在考虑核电厂安全性的同时，如何选择先进的核燃料管理策略，充分利用核燃料，提高其燃耗深度，进一步降低燃料成本和运行费用，对于发挥核电在经济性方面的优越性有着极其重要的意义。

核电厂在进行堆芯燃料管理时，需要对多循环燃料进行批次卸料与换料，而针对每次换料方案设计需要使用堆芯程序进行建模计算。传统的堆芯程序对于每次循环均需要读取上一循环燃耗、核子密度等数据，针对下一循环重新建模。当循环次数较多且堆芯数据庞大时，会造成较大的工作量与较高的出错率。

发明内容

本发明示例性实施例提供了一种自动换料技术，为反应堆循环燃料计算提供数据的更新，提升计算效率。

根据本发明一方面，提出了一种用于循环燃料管理的自动换料系统，包括：准备单元，对系统进行初始化；堆芯数据接收单元，接收堆芯程序传递的信息；反应堆模型还原单元，根据堆芯数据接收单元接收的信息，将部分堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯；组件旋转单元，分析换料组件在上一循环的位置，采用组件旋转策略来调整换料组件中节块的分布位置；组件信息交换单元，通过按照输入的倒料信息交换换料组件内部信息，来进行换料；以及堆芯数据更新单元，将换料之后的堆芯布置上传至堆芯程序，形成用于下一循环的堆芯模型，以进行后续循环计算。

根据示例实施例，准备单元的初始化包括：准备计算所需文件和数据，以及检查堆芯程序接口。

根据示例实施例，堆芯数据接收单元接收的信息包括堆芯模型、换料组件参数、倒料信息、计算模式以及控制变量。

根据示例实施例，反应堆模型还原单元是对称反应堆模型还原单元，按照全对称和旋转对称两种不同的对称模式之一，将1/4或1/8堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯。

根据示例实施例，组件旋转单元根据堆芯的不对称性及象限功率倾斜来调整组件中节块的分布位置，以保证堆芯功率分布的平整。

根据示例实施例，组件旋转单元针对全对称反射边界和旋转对称反射边界两种不同的对称边界，采用不同的组件旋转策略。

根据示例实施例，系统还包括：组件信息整理单元，将堆芯程序传递的组件参数信息整理为满足自动换料需求的格式，并连接循环换料数据库，其中所述循环换料数据库包括多个循环子库，用于存储各循环的数据；以及循环换料数据信息采集单元，在每次循环计算后采集组件参数信息，并存储在不同的循环子库内以备调用。

根据示例实施例，系统还包括：倒料分析单元，解译输入的倒料信息，将倒料布置图转换为可读取循环燃料数据库的序列。

根据示例实施例，系统还包括：文件管理单元，记录和管理换料过程中的过程文档，并进行归类和存储。

根据示例实施例，系统还包括以下中的至少一个：报错单元，在换料过程出错时输出报错信息，或在用户输入出错时输出警告信息；以及换料显示单元，显示输出数据，所述输出数据包括换料堆芯排布和组件参数信息。

根据本发明另一方面，提出了一种用于循环燃料管理的自动换料方法，包括以下步骤：对系统进行初始化；接收堆芯程序传递的信息；根据接收的信息，将部分堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯；分析换料组件在上一循环的位置，采用组件旋转策略来调整换料组件中节块的分布位置；通过按照输入的倒料信息交换换料组件内部信息，来进行换料；以及将换料之后的堆芯布置上传至堆芯程序，形成用于下一循环的堆芯模型，以进行后续循环计算。

根据示例实施例，方法还包括：将堆芯程序传递的组件参数信息整理为满足自动换料需求的格式，并连接循环换料数据库，其中所述循环换料数据库包括多个循环子库，用于存储各循环的数据；以及在每次循环计算后采集组件参数信息，并存储在不同的循环子库内以备调用。

本发明示例实施例不对堆型进行限制，适用于任何堆型的堆芯计算，例如针对压水堆多循环堆芯计算。根据本发明示例实施例，通过建立每个循环燃耗末期数据库，读取各个循环堆芯换料布置，可以实现多循环自动换料堆芯计算，为燃料管理提供便利，具有良好的工程应用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1示出了根据本发明示例实施例的用于循环燃料管理的自动换料系统的示意框图；

图2示出了组件旋转中针对不同对称边界采用的不同旋转策略；以及

图3示出了根据本发明示例实施例的用于循环燃料管理的自动换料方法的示意流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的示例实施例进行详述。以下描述包括各种具体细节以辅助理解，但这些具体细节应仅被示为示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，可以在不脱离本公开范围和精神的情况下对这里描述的各个实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明起见，省略了公知功能和结构的描述。

以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于其字面含义，而是仅由发明人用于实现本发明的清楚一致的理解。因此，本领域技术人员应当清楚，对本发明各个示例实施例的以下描述仅被提供用于说明目的，而不意在限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明。

以下结合附图详细说明本发明实施例。

图1示出了根据本发明示例实施例的用于循环燃料管理的自动换料系统的示意框图。如图1所示，该系统100包括准备单元101、堆芯数据接收单元102、反应堆模型还原单元103、组件旋转单元104、组件信息交换单元105和堆芯数据更新单元106。系统100包括的单元不限于图1所示，如下所述还可以包括多个其它单元。

准备单元101对系统进行初始化，具体地，准备计算所需文件和数据，以及检查堆芯程序接口，保证计算前各方面的完整正确性。

堆芯数据接收单元102接收堆芯程序传递的信息，例如堆芯模型、换料组件参数、倒料信息、计算模式、控制变量等等。

反应堆模型还原单元103根据堆芯数据接收单元102接收的信息，将部分堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯。在一个示例中，反应堆模型还原单元103是对称反应堆模型还原单元，按照全对称和旋转对称两种不同的对称模式之一，将1/4或1/8堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯。

组件旋转单元104分析换料组件在上一循环的位置，采用组件旋转策略来调整换料组件中节块的分布位置。根据示例实施例，组件旋转单元104根据堆芯的不对称性及象限功率倾斜来调整组件中节块的分布位置，以保证堆芯功率分布的平整。例如，组件旋转单元针对全对称反射边界和旋转对称反射边界两种不同的对称边界，采用不同的组件旋转策略。这将在下文中结合图2进行具体描述。

组件信息交换单元105通过按照输入的倒料信息交换换料组件内部信息，来进行换料。本领域技术人员可以理解，这里的“换料”过程是指对实际换料过程的模拟，只需交换模拟的组件信息，不需要真正移动组件。真正的组件移动是在核电厂换料实际操作之中完成。

堆芯数据更新单元106将换料之后的堆芯布置上传至堆芯程序，形成用于下一循环的堆芯模型，以进行后续循环计算。

虽然图1中未示出，但是在示例实施例中，系统100还可以包括：组件信息整理单元，将堆芯程序传递的组件参数信息整理为满足自动换料需求的格式，并连接循环换料数据库，循环换料数据库可以包括多个循环子库，用于存储各循环的数据；以及循环换料数据信息采集单元，在每次循环计算后采集组件参数信息，并存储在不同的循环子库内以备调用。

此外，系统还可以包括如下中的一个或多个：倒料分析单元，解译输入的倒料信息，将倒料布置图转换为可读取循环燃料数据库的序列；文件管理单元，记录和管理换料过程中的过程文档，并进行归类和存储；报错单元，在换料过程出错时输出报错信息，或在用户输入出错时输出警告信息；以及换料显示单元，显示输出数据，所述输出数据包括换料堆芯排布和组件参数信息。

下面将详细说明自动换料系统100的各单元实现中涉及的策略和技术。

1.多循环燃料管理策略

主要任务就是要在满足电力系统的能量需求和在核燃料资源结构的约束内，在电厂设计规范和技术要求的限制下，为核电厂一系列的运行循环做出其经济安全运行的全部决策。其核心问题就是如何保证核电厂安全运行的条件下，使核电厂的单位能量成本最低。

在例如压水堆堆芯燃料管理计算中，为了得到一个合理可行的堆芯布置，一般需要经过以下几个主要流程：

1)根据发电计划确定燃料管理策略，主要包括确定批料数或者一批换料量、循环长度等；

2)然后根据确定的循环长度或燃耗深度确定新燃料数量与富集度、旧料组件类型；

3)对可使用类型的组件进行换料优化搜索(如遗传算法、模拟退火算法等)，得到满足目标要求(例如，最低功率峰因子或者最大循环长度)的装料方案；

4)根据第2)步所制定的标准检查装料方案是否可行，如不可行返回第3)步；

5)根据目标功率分布等确定控制毒物在堆芯的布置、控制和运行方案；

6)将满足上述要求的装料方案通过安全分析程序进行换料安全分析，如不满足要求(例如，热工水力性能、机械性能不达标等)，返回第3)步；

7)利用堆芯程序(例如，COSINE软件包，但不限于此，只要是满足要求的程序方法均可使用)进行微调。目前微调的方案均为手动方法，即将得到的装料方案堆芯布置放入堆芯程序计算，如果有少许不满足设计需求的或是设计人员通过经验判断有更好的方案时，手动对该装料方案进行调整。

经过上述过程确定换料方案后，由于计算量和计算时间的限制，只能是针对各种不同换料方案的基本参量进行初步的评价，不要求也不可能对每个方案都做出全面、精确的计算。因而在得出最佳换料方案以后，需要应用精确的堆芯物理/热工水力程序对最终换料堆芯进行全面、精确的换料核设计，提供反应堆设计、运行及安全评价所需的全部技术参数。

2.反应堆堆芯布置策略

堆芯布置策略指如何排列组件布置出一个合适的堆芯。影响反应堆堆芯布置的决策变量主要包括新燃料富集度、可燃毒物形式、换料的批数、循环长度要求等。堆芯布置即需要在这些已经确定了的外部决策变量基础上，确定燃料组件(包括新料和旧料)以及可燃毒物的数量和在堆内的布置方案，实质就是确定富集度ε(i，j)和燃耗BU(i，j)以及可燃毒物Ba(i，j)在堆芯的分布。

通过优化算法(如遗传算法、模拟退火算法等)对大量可能的堆芯布置方案进行计算，从中筛选出最佳方案(例如，采用最低功率峰因子或者最大循环长度等作为目标要求，选择满足目标要求的最佳方案)，用于核电厂反应堆设计与运行。

3.循环换料数据库的建立

分批换料方案下，一个燃料组件往往要在堆内停留三个循环以上才能卸出堆芯，各个决策变量之间往往存在着密切的相互影响和相互耦合的关系，因此，自动换料过程中可以设置包括多个子库的循环数据库，用以记录计算所需的堆芯各个循环的数据。同时，在自动换料过程中采取分文件读取的方式，访问数据库中不同的子库或者输入文件，以建立新的计算模型。

4.对称反应堆模型还原技术

在反应堆设计时，为了减少计算量，往往认为堆芯为1/4或1/8对称，因此只计算部分堆芯作为全堆芯结果。例如，为了充分保证堆芯的完整性与真实性，考虑到对称近似中的细微差别，可以通过建立堆芯模型数据库与读取对称近似边界将1/4或1/8堆芯还原为全堆芯模型。

5.反应堆组件信息交换技术

通过读取由换料优化程序得出的堆芯布置及处理后的装料方案布置图，得出换料计算组件序列标示，然后通过标示在多循环数据库中读取堆芯计算所需组件信息，即只需移动组件中的“内容”，不需要真正移动组件完成换料过程。

6.不同对称边界条件组件旋转技术

同一组件内的燃料，由于位置的偏差燃耗深度也不尽相同，因此上一循环的组件如果需要继续在下一循环中使用，为了保证组件之间具有尽量接近的燃耗深度和尽量低的功率峰因子，往往将其1/4堆芯其他对称位置的组件与之互换后再放入堆芯中。根据本发明实施例，如图2所示，针对不同的对称边界，采用不同组件旋转策略。图2左侧示出了针对旋转对称反射边界，将组件中各个节块按照象限进行中心对称复制，图2右侧示出了针对全对称反射边界，将组件中各个节块按照象限进行镜面对称复制。

图3示出了根据本发明示例实施例的用于循环燃料管理的自动换料方法的示意流程图。该方法与图1所示自动换料系统100的各单元相对应，可以采用以上描述的各种策略和技术来实现。因此，不再对方法的各步骤进行详细描述。如图3所示，方法300包括多个步骤：

步骤301：对系统进行初始化；

步骤302：接收堆芯程序传递的信息；

步骤303：根据接收的信息，将部分堆芯通过堆芯还原策略还原为全堆芯；

步骤304：分析换料组件在上一循环的位置，采用组件旋转策略来调整换料组件中节块的分布位置；

步骤305：通过按照输入的倒料信息交换换料组件内部信息，来进行换料；以及

步骤306：将换料之后的堆芯布置上传至堆芯程序，形成用于下一循环的堆芯模型，以进行后续循环计算。

虽然图3中未示出，根据示例实施例，方法300还可以包括多个其它步骤，例如将堆芯程序传递的组件参数信息整理为满足自动换料需求的格式，并连接循环换料数据库，其中所述循环换料数据库包括多个循环子库，用于存储各循环的数据；以及在每次循环计算后采集组件参数信息，并存储在不同的循环子库内以备调用。

以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了根据本发明的用于循环燃料管理的自动换料系统和方法的实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。