小型模块式反应堆在线监测方法研究及系统研制

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1、小型模块式反应堆在线监测方法研究及系统研制(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：工程物理系学科：核科学与技术研究生：彭星杰指导教师：王侃教授副指导教师：李庆研高二○一五年十二月ResearchonOn-lineMonitoringMethodandSystemofSmallModularReactorDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilos

2、ophyinNuclearScienceandTechnologybyPengXingjieDissertationSupervisor:ProfessorWangKanAssociateSupervisor:ProfessorLiQingDecember,2015摘要在线监测反应堆的三维功率分布是在保证反应堆运行安全性的前提下，充分挖掘核能经济性的有效手段。小型模块式反应堆作为一种新型分布式能源系统，其具有建设周期短、投资小、布局灵活的特点。本文以小型模块式反应堆ACP100为研究对象，开展在线监测方法研究及

3、系统研制，主要研究内容有：首先，研究了探测器信号的预处理方法。主要包括基于鲁棒滤波器的自给能探测器动态补偿方法研究，以及基于主成分分析的探测器故障监测研究。使用鲁棒滤波器进行自给能探测器的动态补偿，能够显著减少探测器的响应时间，通过调节相关参数能够获得响应时间与噪声增益的平衡。基于探测器读数之间的相互关系建立主成分分析模型，使用模型能够进行探测器故障的特征提取，判断并识别探测器故障。其次，研究了控制棒位置监测方法。针对传统机电棒位指示系统可能出现失效的情况，提出在线监测系统应对可能存在的控制棒失步进行诊断。使用

4、径向基函数神经网络建立起自给能探测器读数与控制棒位置的直接映射关系，并采用正则化神经网络，提高了棒位监测的鲁棒性。另外，提出了两种训练集修正策略，以提高当仿真物理参数与真实物理参数存在差异时的棒位监测精确度。再次，研究了堆芯功率分布重构方法。主要包括：（1）使用普通Kriging插值模型，通过堆内有限的测点重构全堆功率分布，且基于普通Kriging插值模型进行堆内测点的优化布置研究；（2）分析了基于堆外探测器进行功率分布重构的数学模型，提出使用正则化径向基函数神经网络由堆外测量重构堆芯轴向功率分布；（3）针对A

5、CP100，利用数据同化方法定性分析了堆内外测量结合的重构效果；另外，提出了一种最小二乘耦合系数方法，能够综合利用堆内外测量信息，并基于ACP100的仿真计算，验证了最小二乘耦合系数方法的有效性。最后，研制了适用于ACP100的功率分布在线监测系统SMROMS，并基于拉丁超立方抽样方法进行了监测系统的不确定性分析。关键词：小型模块式反应堆；在线监测；动态补偿；功率分布重构；不确定度分析IAbstractThreedimensionalreactorcorepowerdistributionmonitoringi

6、saneffectivewaytofullyimprovetheeconomyofnuclearenergywhileensuringthesafetyofnuclearreactor.Smallmodularreactorisanewdistributedenergysystem,andhasmanyfeatures,suchasshortconstructionperiod,smallinvestmentandflexibleinstallation.Thisthesisisfocusedontherese

7、archofon-linemonitoringmethodandsystemofasmallmodularreactorACP100,themainresearchcontentsinclude:Firstly,thepre-processingmethodsofdetectorsignalarestudied.Thispartisconsistoftheresearchofthedynamiccompensationmethodofselfpoweredneutrondetectors(SPND)basedo

8、nrobustfilterandtheresearchofthefaultdetectionmethodofSPNDbasedonprincipalcomponentanalysis(PCA).TheresponsetimeofSPNDscanbereducedsignificantlywhentherobustfilterisusedindynamiccompensation,and