簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 洪國欽
Hung, Kuo-Chin
論文名稱: 應用和聲搜尋演算法於壓水式反應器自動化多週期燃料循環設計
Automatic Pressurized Water Reactor Multi-Cycle Design Using Harmony Search Algorithm
指導教授: 林強
Lin, Chaung
口試委員: 陳健湘
黃秉修
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 核子工程與科學研究所
Nuclear Engineering and Science
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 壓水式反應器多週期燃料組合和聲搜尋演算法
外文關鍵詞: pressurized water reactor, multi-cycle design, harmony search
相關次數: 點閱:4下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 壓水式反應器的燃料在運轉約18個月後需進行再裝填工作,新燃料採購案為購買三個週期,所需燃料組合由電力公司向國外廠家提出週期能量需求,廠家再依其需求提出燃料價格,但國內電力公司對於廠家燃料選擇方式詳情無從得知,無法評估其設計是否合適。另外依各週期所需能量,新燃料所使用的濃縮度及可燃毒物棒根數皆為之決定,且每個週期皆受前面兩週期的爐心狀態所影響,更增加其設計難度,故產生發展自動化搜尋新燃料組合的動機。
    本研究為執行多週期新燃料組合自動化設計,使用和聲搜尋演算法進行新燃料組合搜尋。和聲搜尋演算法為創作音樂時所啟發的半啟發式最佳化演算法。較傳統演算法的優勢在於使用較少的數學條件、不需要設定初始解,在考量現有所有解的情況下產生新的解,以上特色展現該演算法的彈性,並可搜尋到更佳的解。
    當程式挑選出符合條件之燃料組合後,再將燃料束填入固定佈局進行爐心計算,會對熱通道因子、緩和劑溫度係數與週期末硼酸水溶液濃度進行分析;經濟方面,程式則會計算低濃縮度新燃料根數,數量多為佳。當符合程式停止條件後,將該燃料組合再進行自動化爐心佈局調整以驗證符合安全限值。
    本研究之程式以C語言編寫,並以三維節點爐心模擬程式SIMULATE-3進行爐心計算。本研究的驗證對象為馬鞍山核電廠一號機第18至21週期,研究結果顯示一次搜尋多週期與個別搜尋單一週期兩種方法,皆有能力搜尋出符合安全限值及週期能量需求之新燃料組合,程式總執行時間相近,無法定論何種方式取得的新燃料束組合較佳。


    For about every 18 months, the pressurized water reactor needs to be reloaded. Usually, fuel procurement consists of three fuel cycles. Based on the provided energy demand of each cycle, the fuel vendor will propose the composition and price of the fresh fuel assemblies. But how to decide the composition of fresh fuel assemblies is not known. Depending on each cycle’s required energy, enrichment and integral fuel burnable absorber (IFBA) number of each cycle are determined. Moreover, the current cycle status is affected by the preceding two cycles’ core condition; it will increase the difficulty of design. Thus, the motivation of automatic design is conceived.
    In this study, the harmony search (HS) algorithm is applied to automatically search the composition of fresh fuel assemblies. HS is inspired by the composition of harmony, and it is a metaheuristic optimization algorithm. Advantages of HS are using less mathematical conditions, no requirement of an initial solution, and considering the existing solutions to produce new solutions. These features make HS more flexible and be able to search better solution.
    After the composition of fresh fuel assemblies are decided, the selected fuel assemblies was permuted according to the fixed LPs, which were calculated by SIMULATE-3 to obtain moderator temperature coefficient, hot channel factor, and boron concentration at the end of cycle. After the proper FA composition is determined, the accurate LP design is searched to guarantee the satisfactory requirements.
    The developed program was coded by using language C. SIMULATE-3 code was used to calculate core status. The Maanshan unit I cycle 18 to 21 was designed to verify the effectiveness of HS. The results show that searching for tandem cycles and searching for successive cycles are able to find the composition of fresh fuel assemblies which satisfy the constraints. Since the computing time of these two methods are almost the same, it is difficult to conclude which method is better.

    摘要 i Abstract ii 誌謝詞 iv 目錄 v 表目錄 viii 圖目錄 x 第一章 緒論 1 1.1 目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究方法 2 第二章 和聲搜尋演算法 4 2.1 原理 4 2.2 演算法流程 4 2.2.1 產生初始和聲 4 2.2.2 即興創作新和聲 5 2.2.3 和聲記憶更新 6 2.2.4 確認終止條件 6 第三章 壓水式反應器爐心與新燃料組合 7 3.1 爐心介紹 7 3.2 燃料束種類 9 3.3 新燃料束挑選範圍設定 10 3.3.1 鈾235總重限制 10 3.3.2 可燃毒物根數限制 11 3.4 固定佈局設計 13 3.5 佈局設計要求 16 3.5.1 熱通道因子 16 3.5.2 緩和劑溫度係數 17 3.5.3 週期末硼酸水溶液濃度 18 第四章 研究方法 19 4.1 第一階段:和聲搜尋演算法選取新燃料組合 19 4.1.1 解的建構 19 4.1.2 適應函數 23 4.1.3 流程介紹 24 4.2 第二階段:蟻群演算法調整燃料佈局 27 第五章 結果與討論 28 5.1 程式設計流程 28 5.2 馬鞍山核電廠一號機第18至21週期 29 5.2.1 第一組結果 29 5.2.2 第二組結果 34 5.3 個別搜尋馬鞍山核電廠一號機第18至21週期 37 5.3.1 第一組結果 38 5.3.2 第二組結果 41 第六章 結論與建議 47 6.1 結論 47 6.2 建議 48 參考文獻 49 附錄A 結果驗證 51 A.1 第一組馬鞍山核電廠一號機第18至21週期 51 A.2 第二組馬鞍山核電廠一號機第18至21週期 57 A.3 個別搜尋第一組馬鞍山核電廠一號機第18至21週期 62 A.4 個別搜尋第二組馬鞍山核電廠一號機第18至21週期 67

    1. Akio Yamamoto, Hidefumi Noda, Nobuaki Ito, and Taiji Maruyama, ”INSIGHT: An Integrated Scoping Analysis Tool for In-core Fuel Management of PWR”, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol.34, (1997) 847-855.
    2. Akio Yamamoto, Erina Sugimura, Yasunori Kitamura, Yoshihiro Yamane, “Simulateous Loading Patterns Optimization for Two Successive Cycles of Pressurized Water Reactors”, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol.41, (2004) 1065-1074.
    3. David J. Kropaczek, “COPERNICUS: A multi-cycle optimization code for nuclear fuel based on parallel simulated annealing with mixing of states”,Progress in Nuclear Energy, Vol.53, (2011) 554-561.
    4. Zong Woo Geem, Joong Hoon Kim and G.V. Loganathan, “A New Heuristic Optimization Algorithm: Harmony Search. Simulation”, SIMULATION , Vol.76:2, (2001) 60-68.
    5. M. Mahdavi, M. Fesanghary, and E. Damangir, “An improved harmony search algorithm for solving optimization problems”, Applied Mathematics and Computation, Vol.188, (2007) 1567-1579.
    6. N. Poursalehi, A. Zolfaghari, A. Minuchehr, “PWR loading pattern optimization using Harmony Search algorithm”, Annals of Nuclear Energy, Vol.53, (2013) 288-298.
    7. M. Aghaie, T.Nazari, A. Zolfaghari, A. Minuchehr, A.Shirani, “Investigation of PWR core optimization using harmony search algorithms”, Annals of Nuclear Energy, Vol.57, (2013) 1-15.
    8. 陳仲遠,「台電核三廠馬鞍山一號機功率提升5% 之爐心佈局設計」,國立清華大學核子工程與科學研究所,碩士論文,中華民國98年。
    9. 林栢楓,「使用蟻群最佳化演算法自動化搜尋壓水式反應器爐心佈局」,國立清華大學核子工程與科學研究所,碩士論文,中華民國99年。
    10. 洪紹鈞, 「使用粒子群演算法及區域搜尋法自動搜尋壓水式反應器多週期燃料組合」,國立清華大學核子工程與科學研究所,碩士論文,中華民國100年。

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
    QR CODE