簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 顏維廷
Yen, Wei-Ting
論文名稱: 利用蟻群最佳化演算法自動搜尋沸水式反應器之升載路徑
Automatic Search of the Power Ascension Path for a Boiling Water Reactor Using Ant Colony Optimization Algorithm
指導教授: 林強
Lin, Chaung
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 沸水式反應器功率升載蟻群最佳化演算法
外文關鍵詞: BWR, power ascension, ACO algorithm
相關次數: 點閱:2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
  • 核能電廠的升載過程,須兼顧經濟效益與機組運轉安全。經濟方面的考量應盡速達到全功率運轉;至於安全方面則是在運轉過程中,應確保核燃料在各種運轉狀態下能維持它的完整性,並且必須符合各項安全運轉限值,包含最小臨界熱功率比、最大線性熱產生率、最大平均平面線性熱產生率、燃料封套值、功率震盪等。目前這項工作由核子工程師利用爐心監控系統,規劃升載時的抽棒、等待建立氙濃度的時機與觀察運轉限值的餘裕情形,並於啟爐前完成事前規劃的工作。
    本研究的目的是使用蟻群最佳化演算法(Ant Colony Optimization algorithm) 來搜尋升載路徑,並利用SIMULATE-3的功率搜尋模式(power search)來計算爐心狀態。演算法中,元件解的集合包含所有可能的升載動作(抽棒和增加流量率)。將路徑搜尋過程中的熱限值、功率震盪、最大控制棒負載線、封套限值等項目,規劃成品質函數中的懲罰項,運用啟發式訊息(Heuristic)排除建立解的過程中不合理的動作選項。利用SIMULATE-3計算升載路徑的爐心狀態,接著求得品質函數的計算結果。根據解的品質函數值進行費洛蒙濃度的更新動作,直到程式收斂至一最佳解。
    開發完成的程式使用兩個週期進行驗證與反覆路徑搜尋,其結果顯示達到目標。


    During power ascension in boiling water reactor, both economic benefits and operation safety must be considered. For economic consideration, it should bring up the power to the full power level as soon as possible. As for the operation safety, it should ensure the fuel rod integrity under any operation condition and thus have to satisfy all the operation safety limits, including minimum critical power ratio, maximum linear heat generation rate, maximum average planar linear heat generation rate, fuel envelope, power oscillation, and so forth. For the time being, this task is designed by nuclear engineers who use POWERPLEX-III to figure out control rod withdrawal, xenon waiting, and watching the margin of the operation safety limits during the power ascension, which must be finished before start up operation.
    The goal of this research is to use ant colony optimization algorithm to search the power ascension path, in which using power search mode of SIMULATE-3 to calculate core status. In the algorithm, solution component set contains all the possible action, i.e., control rod withdrawal and core flow rate increment. To consider the thermal limits, power oscillation, maximum control rod line, envelope and so forth during the path search, those terms were formulated as the penalty terms of the quality function. The heuristic information was used to eliminate the unreasonable action when constructing solution. Using SIMULATE-3 to calculate the core status along the power ascension path, and then the quality function was calculated. The pheromone concentration was updated according to the quality function value, until the program converge to a best solution.
    The developed program was demonstrated by two cycle and the results show that the goal was achieved.

    摘要…………………………………………………………………i 誌謝…………………………………………………………………iii 目錄…………………………………………………………………iv 圖目錄………………………………………………………………vii 表目錄………………………………………………………………x 第一章 緒論………………………………………………………1 1.1 研究緣起……………………………………………………1 1.2 文獻回顧……………………………………………………2 1.3 研究方法及目的……………………………………………3 第二章 功率控制與運轉限制要求………………………………5 2.1 反應度控制…………………………………………………5 2.1.1 控制棒……………………………………………………5 2.1.2 爐心流量…………………………………………………7 2.1.3 分裂產物 - 氙…………………………………………7 2.2 控制棒序列…………………………………………………8 2.3 運轉限值……………………………………………………9 2.3.1 最大平均平面線性熱產生率……………………………9 2.3.2 最大線性熱產生率………………………………………10 2.3.3 最小臨界熱功率比………………………………………10 2.3.4 燃料封套…………………………………………………11 2.4 功率穩定度…………………………………………………13 第三章 研究原理…………………………………………………15 3.1 蟻群最佳化演算法…………………………………………15 3.1.1 建立路徑(元件解)集合…………………………………17 3.1.2 初始費洛蒙………………………………………………18 3.1.3 轉移機率與經驗法則……………………………………18 3.1.4 品質函數…………………………………………………19 3.1.5 費洛蒙更新………………………………………………19 3.1.6 中止條件…………………………………………………20 3.2 旅行推銷員問題及蟻群最佳化演算法應用………………21 第四章 研究方法…………………………………………………24 4.1 演算流程……………………………………………………25 4.2 決定初始條件與建立元件解集合…………………………29 4.3 經驗法則……………………………………………………30 4.3.1 基本設定…………………………………………………30 4.3.2 運轉限制值考量…………………………………………31 4.3.3 控制棒抽出節數限制……………………………………32 4.3.4 爐心流量…………………………………………………33 4.3.5 選擇權重分配……………………………………………33 4.3.6 啟發式訊息總結…………………………………………35 4.4 壓力與次冷度之決定………………………………………36 4.5 品質函數……………………………………………………38 4.6 費洛蒙更新…………………………………………………40 4.7 中止條件……………………………………………………41 第五章 結果與討論………………………………………………43 5.1 測試範例 - 核二廠一號機第19週期……………………43 5.1.1 決定運轉限值與演算法設定條件………………………45 5.1.2 搜尋結果與分析…………………………………………47 5.2 測試範例 - 核二廠一號機第20週期……………………54 5.2.1 決定運轉限值與演算法設定條件………………………56 5.2.2 搜尋結果與分析…………………………………………57 5.3 結論與未來工作……………………………………………62 參考文獻………………………………………………………………64 附錄……………………………………………………………………65

    1.“ATRIUM-10 核燃料預先調節細則 第2版”,台灣電力公司,
    2008
    2. 楊昭義、歐陽敏盛,核能發電工程學,水牛出版社,1997年
    3. Mechanical & Nuclear Training, General Electric Company,
    1980
    4. L. S. Tong, “Principles of Design Improvement for Light
    Water Reactors”, 1986
    5. 李綺思,「結合基因演算法及類神經網路自動搜尋沸水式反應器
    升載路徑之研究」,國立清華大學工程與系統科學研究所,博士
    論文,中華民國九十六年
    6. C. D. Wang, and C. Lin, “Automatic Boiling Water
    Reactor Loading Pattern Design Using Ant Colony
    Optimization Algorithm”, Annals of Nuclear Energy, 2009
    7. C. Blum, “Ant colony optimization: Introduction and
    recent trends”, Physics of Life Reviews, Vol. 2, No. 4,
    2005
    8. M. Dorigo, V. Maniezzo, and A. Colorni, “Ant System:
    Optimization by a Colony of Cooperating Agents”,
    Systems, Man, and Cybernetics, Part B, Vol. 26, NO.1,
    1996
    9. K. Socha and C. Blum, “An ant colony optimization
    algorithm for continuous optimization: application to
    feed-forward neural network training”, Neural Comput &
    Applic, Vol. 16, No. 3, 2007
    10. T. Stutzle and H.H. Hoos, “MAX-MIN Ant System”,
    Future Generation Computer System, Vol. 16, No. 8, 2000
    11. A. P. Engelbrecht, Fundamentals of Computational Swarm
    Intelligence, WILEY, England, 2005
    12. Simulate-3 Manual, Studsvik Scandpower, STUDSVIK/SOA-
    95/15 Rev 2. 2001
    13. 沈芝慎,劉祖亮,洞悉UNIX入門篇,和碩科技,台灣,中華民國
    八十四年

    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