核电厂动态系统可靠性分析算法设计

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核安全是核电发展的重要基础,也是我国国家安全的基石。如何在确保安全性的基础上评价核电机组在动态运行过程中的经济性,已成为核电监管机构、业主与各个科研单位共同关注的前沿热点议题。核电厂作为大型复杂系统,运行工况多样,系统运行呈现时序性、阶段性和瞬态等动态特性,且具有多态性、相关性和不确定性等其他特性。传统故障树/事件树分析方法难以针对以上特点进行精确建模和量化分析。GO-FLOW作为一种以成功为导向的系统工程分析新方法,具备解决系统运行动态时序特性和阶段任务问题建模及分析的能力,并可进行相关性和不确定分析,有望为核电厂复杂动态过程管理和风险评估提供解决方案,但需要解决计算精度和计算速度的权衡问题。本文以核电厂实施动态风险监测为背景,结合核电厂动态运行特性,开展基于GO-FLOW原理的动态系统可靠性算法设计,通过突破GO-FLOW模型计算引擎关键技术,实现在确保计算精度的前提下提高核电厂动态可靠性的计算速度。本文的主要研究内容包括:(1)分析核电厂动态运行特性,开展GO-FLOW基础理论研究,建立/确定核电厂基本单元动态可靠性模型;(2)识别动态系统可靠性模型共有信号,设计理想信号处理规则,并结合有向无环图的遍历策略提出定性分析算法(QAA),以获取动态系统的最小路集全集;(3)基于全概率分解公式和递归思想提出一种动态系统可靠性模型定量计算的精确求解方法(NEA);(4)基于概率不等式和二叉树剪枝策略提出一种动态系统可靠性模型定量计算的优化算法(FOA),用以权衡/优化模型的求解精度和速度;(5)开发动态系统可靠性建模和分析程序,实现系统可靠性定性分析和定量求解功能的总体集成。论文最后以压水堆核电厂辅助给水系统(PWR-AFWS)为例,对所提出的动态系统可靠性建模和分析程序进行了测试和验证。结果表明:本文所设计的动态系统可靠性建模和分析程序能够有效反映核电厂动态特性,获得可靠性精确计算结果,并可根据不同计算精度要求采用不同的截断阈值(COV)优化,有效提高计算速度。本文所研究的动态可靠性分析算法,可作为核电厂传统概率安全分析的一种有效补充。
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