基于自主化严重事故分析软件NUSSAP的IAEA严重事故模拟机开发.pdf
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1、Nuclear Science and Technology 核科学与技术核科学与技术,2023,11(3),239-248 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/nst https:/doi.org/10.12677/nst.2023.113026 文章引用文章引用:魏巍,黄雄,马国扬,谢明亮.基于自主化严重事故分析软件NUSSAP的IAEA严重事故模拟机开发J.核科学与技术,2023,11(3):239-248.DOI:10.12677/nst.2023.113026 基于自主化严重事故分析基于自
2、主化严重事故分析软件软件 NUSSAP的的IAEA严重严重事故事故 模拟机开发模拟机开发 魏魏 巍巍1,黄黄 雄雄1,马国扬马国扬1,谢明亮谢明亮1,2 1中核武汉核电运行技术股份有限公司,核动力仿真与控制技术研究中心,湖北 武汉 2海军工程大学,核科学技术学院,湖北 武汉 收稿日期:2023年6月13日;录用日期:2023年7月14日;发布日期:2023年7月21日 摘摘 要要 本文本文针对针对国内自主化严重事故计算程序普遍没有较为灵活的国内自主化严重事故计算程序普遍没有较为灵活的API接口或与外部程序直接交互的功能,接口或与外部程序直接交互的功能,结结合合中核武汉核电运行技术股份有限公司为
3、国际原子能组织中核武汉核电运行技术股份有限公司为国际原子能组织(IAEA)提供的严重事故原理模拟机软件的框提供的严重事故原理模拟机软件的框架,对使用自主化核电厂仿真严重事故分析程序架,对使用自主化核电厂仿真严重事故分析程序(NUSSAP)开发严重事故原理模拟机的方式方法以及设计开发严重事故原理模拟机的方式方法以及设计理念进行了阐述理念进行了阐述。主要介绍了教控控制、系统外部接口、逻辑控制等交互功能设计。各研发主要介绍了教控控制、系统外部接口、逻辑控制等交互功能设计。各研发单位单位可可参考参考该项目的设计理念,结合该项目的设计理念,结合自主化自主化程序的程序程序的程序结构结构特点,进行特点,进行
4、程序程序API开发开发,进一步,进一步扩展程序的应用场景。扩展程序的应用场景。关键词关键词 API,严重严重事故计算程序事故计算程序,模拟机模拟机开发开发 Development of the IAEA Severe Accident Simulator Based on Autonomous Severe Accident Analysis Program NUSSAP Wei Wei1,Xiong Huang1,Guoyang Ma1,Ming-Liang Xie1,2 1Nuclear Simulation and Control Technology Research Center,C
5、hina Nuclear Power Operation Technology Corporation,LTD.,Wuhan Hubei 2College of Nuclear Science and Technology,Naval University of Engineering,Wuhan Hubei Received:Jun.13th,2023;accepted:Jul.14th,2023;published:Jul.21st,2023 魏巍 等 DOI:10.12677/nst.2023.113026 240 核科学与技术 Abstract In view of the fact
6、that domestic autonomous severe accident calculation programs generally do not have flexible Application Program Interface(API)or the function of direct interaction with ex-ternal programs,this paper combines the framework of severe accident principle simulator soft-ware provided by China Nuclear Po
7、wer Operation technology Co.,Ltd.for the International Atomic Energy Agency(IAEA).The method and design concept of developing the severe accident principle simulator using the autonomous Nuclear Simulation Severe Accident Analysis Program(NUSSAP)are described.This paper mainly introduces the interac
8、tive function design of operating control,external interface of the system,logic control.Research and development institutions can refer to the design concept of the project and combine the program structure characteristics of the auto-nomous program to develop the program API and further expand the
9、 application scenario of the program.Keywords API,Severe Accident Analysis,Simulator Development Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 目前国内各个科研机
10、构与高校都开发了许多自主化的严重事故计算程序,但在开发这些严重事故计算程序时,各单位开发人员更倾向于集中精力进行计算模型的开发,导致这些自主化严重事故计算程序普遍没有较为灵活的 API 接口或与外部程序直接交互的功能1 2 3。为解决当前三代非能动核电站严重事故原理模拟机缺失问题,中核武汉核电运行技术股份有限公司与国际原子能组织签订合同,使用自主化核电厂仿真严重事故分析程序(Nuclear Simulation Severe Acci-dent analysis Program,简称 NUSSAP)开发严重事故原理模拟机软件,用于在 IAEA 成员国中进行三代非能动电厂科普推广与运行特性基础培
11、训。严重事故原理模拟机充分利用了仿真平台的程序包容性,将不同计算软件进行集成对接,使各计算软件均能在自身优势计算范围内高效运行,确保系统所进行的核电站仿真范围全面、精度准确、计算迅速。本文基于严重事故原理模拟机的系统框架,对使用 NUSSAP 开发严重事故原理模拟机的方式方法以及设计理念进行了阐述,阐述内容主要包括教控控制、系统外部接口、逻辑控制等,为各研发单位提供程序集成思路。2.总体总体设计设计 严重事故原理模拟机组成部分包含:参考电站(Reference Nuclear Power Plant,简称 RNPP)模块、严重事故(Severe Accident Basic Principle
12、,简称 SABP)模块、软件人机界面(Human Machine Interface,简称HMI)、严重事故 3D 展示界面以及仿真支撑平台。原理模拟机组成结构如图 1 所示。参考电站模块与严重事故模块均依托 CNPO 自主研发的 RINSIM 仿真支撑平台运行,平台基于COM/.net、java beans、CORBA、XPCOM 等组件架构,具备数据库管理、程序调度管理、接口管理、运行控制等功能。原理模拟机有两种运行模式:1)电站运行模式,电站运行模式下只有参考电站模块 RNPP Open AccessOpen Access魏巍 等 DOI:10.12677/nst.2023.113026
13、 241 核科学与技术 Figure 1.Framework of severe accident simulator 图图 1.原理模拟机组成结构示意图 运行,严重事故模块处于冻结状态;2)严重事故仿真模式,严重事故仿真模式下参考电站模块的堆芯、反应堆冷却剂及安全壳模块退出运行,严重事故模块替代这 3 个模块参与运行,此模式下原理模拟机运行的模块为模拟机组成结构示意图中黄色虚线框标注的模块,同时,3D 显示程序从严重事故计算模块获取相应的参数对事故进程进行显示。在两种模式下,原理模拟机的运行、冻结、复位、故障插入等控制均在同一人机界面上进行操作实现。本文将重点介绍严重事故模块与仿真支撑平台、
14、模拟机工艺系统的交互设计。3.教控教控交互设计交互设计 教控交互设计的要求是 NUSSAP 在运行过程中可以实时接受仿真平台的调度,满足实时计算以及对教控命令的响应要求。本项目中的涉及到的教控交互主要包括:1)运行/冻结;2)计算同步;3)快照;4)复位。3.1.运行运行/冻结冻结 NUSSAP 运行过程中,仿真平台在每一个时间步长内均向严重事故计算程序发送“运行状态标识”变量,该标识变量为平台运行状态的指示变量,主要为运行(1)与冻结(0)两个值,NUSSAP 程序可对该变量进行响应,进而控制程序的运行状态。在接收到仿真平台的状态为“运行”时,NUSSAP 程序正常进入主计算循环进行计算。在
15、接收到仿真平台的状态为“冻结”时,NUSSAP 程序同步冻结。3.2.计算计算同步同步 NUSSAP 本身为一个自适应变步长程序,在计算过程中会依据方程求解收敛情况进行时间步长的自动调整,而严重事故原理模拟机开发要求各计算模块的计算速度保持一致,因此需要对 NUSSAP 程序的计算速度进行控制,使其计算速度与仿真平台需要的计算速度保持一致。计算同步主要是控制 NUSSAP 的时间步长,仿真平台传递给 NUSSAP 两个变量:“调度次数”与“快时倍率”,仿真平台实时调度速度为一秒 20 次,即每次调度 NUSSAP 需要计算的时间为 50 ms*快时倍率,程序需要根据接收到的这两个变量进行计算速
16、度的调节。由于 NUSSAP 程序在绝大多数情况下均可以实现快时计算,因此 NUSSAP 在计算完一个时间步之后,应自动处于冻结状态,待接收仿真平台的下魏巍 等 DOI:10.12677/nst.2023.113026 242 核科学与技术 一次调度,每一次调度中程序的计算逻辑如图 2 所示。程序处于冻结状态时,定时检测由仿真平台传递而来的调度次数是否发生变化。若调度次数发生变化,则进入以下调度步骤:1)程序进入主计算循环,计算此次循环求解的时间步长 Td;2)计算从本次调度开始直至本次循环结束的累计计算时间 Tim;3)将 Tim 与所需计算时间 T0(T0=50 ms*快时倍率)进行比较;
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