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面向系統(tǒng)動態(tài)與非能動特性的概率安全評價方法研究

發(fā)布時間:2018-11-23 11:13
【摘要】:核能是目前唯一一種可以替代化石能源的可持續(xù)新型清潔能源,而核安全是核能持續(xù)發(fā)展的生命線。概率安全評價(Probabilistic Safety Assessment,PSA)是核電廠安全分析的兩種重要方法之一,現(xiàn)已廣泛應用于核能系統(tǒng)的設計、運行、維修和退役各個階段。傳統(tǒng)PSA(基于故障樹/事件樹)方法在處理系統(tǒng)動態(tài)和非能動特性問題時還有很大的不足和缺陷:傳統(tǒng)PSA方法需要將系統(tǒng)中的“動態(tài)”問題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)問題來處理,而不能直接處理“動態(tài)”問題;傳統(tǒng)PSA方法不能用于分析和評價非能動系統(tǒng)的功能失效。近些年發(fā)展出來用于解決系統(tǒng)動態(tài)特性問題的動態(tài)PSA方法存在計算消耗大的問題,而常被應用于非能動系統(tǒng)功能失效分析的蒙特卡洛模擬同樣存在著計算消耗大的問題。為了解決PSA分析中的上述問題,本文進行了以下研究:(1)進行了動態(tài)PSA方法的特性對比研究。研究的對象包括蒙特卡洛(MC)模擬、動態(tài)事件樹(DET)和蒙特卡洛動態(tài)事件樹方法(MCDET)。用上述三種動態(tài)PSA方法分別為兩個基準測試系統(tǒng)建立了動態(tài)PSA模型。模型中考慮部件老化、狀態(tài)相依、可維修、部件故障順序與時間等動態(tài)因素對結果的影響。結果表明動態(tài)事件樹方法的計算耗時與任務時間呈指數(shù)增長關系,適用于短任務時間的模擬;而MC模擬和MCDET兩種方法的計算耗時與任務時間呈線性增長關系,在長任務時間模擬上更具優(yōu)勢。(2)提出了一種偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率的MC模擬方法。該方法通過在選定的偏置部件旁邊串聯(lián)一個轉(zhuǎn)移率較大的虛擬部件,提高“整體”轉(zhuǎn)移率,增大MC模擬中模擬到與該部件相關的系統(tǒng)失效事件,可提高MC模擬的捕捉稀有事件效率和方法性能。通過本文的例題測試,該方法在捕捉稀有失效事件的平均耗時有顯著降低。(3)提出了一種偏置MCDET方法。本文將上述的偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率方法與MCDET方法耦合。在偏置MCDET模型中,對一些與系統(tǒng)失效相關的小概率失效部件進行偏置,并采用偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率方法代替直接MC方法進行抽樣。該方法可進一步提高方法的模擬效率。將該方法應用于應急與備用電源系統(tǒng)(Emergency and Standby Power System, ESPS)的可靠性分析中,計算結果表明:耦合后的方法的捕捉稀有事件效率明顯高于MCDET方法。(4)提出了兩種響應面構造方法,即:改進響應面擬合方法和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡多方法耦合方法。兩種方法可擬合出兩種近似的數(shù)學模型,代替計算消耗昂貴的確定論模型,用于非能動系統(tǒng)功能失效的PSA分析。將兩種方法應用于中國鉛基研究實驗堆CLEAR-I非能動余熱排出系統(tǒng)的可靠性分析中,結果表明非能動余熱排出系統(tǒng)具有很高的可靠性。上述的動態(tài)PSA方法的特性研究為動態(tài)PSA工程應用中的方法選取提供依據(jù);偏置方法的研究較大程度地解決了基于MC模擬的動態(tài)PSA方法的計算消耗問題,對動態(tài)PSA方法的工程應用具有重大意義;兩種響應面構造方法的提出可使在僅有較少的訓練樣本點時有效地擬合出較為準確的數(shù)學模型,降低計算消耗。
[Abstract]:......
【學位授予單位】:中國科學技術大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2016
【分類號】:TL364.5

【參考文獻】

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本文編號:2351388

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