直接优化方法在核电厂堆芯换料中的可行性研究

论文摘要

换料方案的选择直接关系到核电厂运行的安全性和经济性,它是一个非常复杂的优化问题,至今仍未得到解决。本文将采用直接优化方法来解决核电厂换料优化问题。和其他优化方法不同,直接优化方法直接利用描述中子物理行为的数学方程来建立优化模型,模型求解过程中换料方案的搜索和评价同时进行。本文以一维平板燃料排列问题和三批料二维堆芯换料问题为对象,对直接优化方法在核电厂换料优化中的可行性进行了研究。首先,分别利用1D 1G中子扩散方程和HHLP方法,建立了一维平板燃料排列问题和批料二回路堆芯换料问题的混合整数非线性规划模型;通过利用优化软件LINGO对该非线性模型进行求解,发现非线性模型只能获得局部最优解,不能搜索到全局解;然后,本文在一维问题的非线性模型基础上,尝试了三种混合整数线性化模型:基于K eff二进制离散的精确线性化模型、基于基础方案的近似线性化模型及基于分步搜索的线性化模型。通过优化软件LINGO和ILOG CPLEX的求解,发现基于分步搜索的线性化模型具有快速、精确搜索最优解的能力;接着,基于一维问题上建立的分步搜索线性化模型的思想及HHLP方法的特点,建立了二维问题的线性化模型。利用ILOGCPLEX求解器对该模型进行了求解。结果表明,在给定的Keff搜索范围内,该模型同样能精确搜索到最优解,但计算非常耗时。最后,为解决速度问题,本文进行了多种尝试,但到目前为止仍然没有得到解决。通过本文的研究表明,在目前,拟通过直接优化方法搜索出核电厂最优换料方案的想法尚不可行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究现状及意义
• 1.3 主要研究工作
• 第二章 直接优化方法及优化软件简介
• 2.1 直接优化的基本思想
• 2.2 商用优化软件简介
• 2.2.1 LINGO 软件简介
• 2.2.2 CPLEX 软件简介
• 第三章 非线性的直接优化方法
• 3.1 1D 1G 平板燃料排列优化问题
• 3.1.1 问题描述
• 3.1.2 固定方案下的模型验证
• 3.1.3 最优方案搜索
• 3.2 二维堆芯换料优化问题
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 基于HHLP 方法的非线性模型
• 3.2.3 非线性模型的验证
• 3.2.4 最优方案搜索
• 3.3 本章小结
• 第四章 线性化的直接优化方法
• 4.1 1D 1G 问题的线性化模型
• 4.1.1 精确的线性化模型
• 4.1.2 基于基础方案近似的线性化模型
• 4.1.3 分步搜索的近似线性化模型
• 4.2 二维堆芯换料优化问题的线性化模型
• 4.2.1 分步搜索线性化模型I
• 4.2.2 分步搜索线性化模型II
• 4.2.3 关于计算速度的探讨
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结和建议
• 5.1 总结
• 5.2 后续工作建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位论文期间已发表或录用的论文