Системы и жизненный цикл расчетного моделирования АЭС

1. Обобщение опыта организации расчетных работ в различных организациях отрасли Системы и жизненный цикл расчетного моделирования АЭС Авторы: Прохоров В.В.,Ермолин В.Е., Петухов В.Н. ООО «ЗВ Технологии»

2. Моделирование и расчеты – мостик между наукой и системной инженерией «Чтобы объединиться, нужно сначала размежеваться»

3. Текущее состояние • В настоящее время при проектировании АЭС используется большое количество разнообразных расчетных кодов(более150),сегментированных по: • Классам решаемых задач: • инженерные стационарные задачи • задачи нормальной эксплуатация • тренажерные задачи • проектные и запроектные аварии • Моделируемым физическим процессам: • Теплофизика • Нейтронная физика • Прочность • Электрика • Логика работы АСУ ТП

4. Процесс расчетного моделирования сейчас Проектные данные Расчетчик Расчетная схема Расчетный код Описание объекта на входном языке, понятом расчетному коду. Как правило, текст определенного формата вода данных. Программа для расчета физики процессов протекающих на объекте. (Теплофизика Ядерная физика Электрика и т.п.) Описание объекта 2D схемы, 3D модели, текстовое описание, таблицы. Софт:CAD,PDM, PLM Анализ результатов Результаты расчета Проектант, конструктор

5. Форматы ввода данных Код REALP РНЦ «Курчатовский Институт» Код СОКРАТ Код TPP Код Serpent Код Корсар ОАО «МОСАЭП» Код CMS НИТИ им. Александрова Еще >150 …

6. Типовая схема работы расчетчика на любом этапе жизненного цикла Входной текстовый файл Файл результатов расчетов Расчет Расчетный код Расчетная схема Обработка \ Информационная система предприятия, отрасли (PLM, PDM) Отчет Проектные данные Сутки расчетов Месяцы работы

7. Проблема: объединить конструирование, проектирование и расчеты сейчас нельзя Проблема обучения – для каждого кода необходимо учиться заново. Проблема изменения – расчетная схема в голове у автора, изменение в схеме без автора проблематично. Проблема анализа – анализ расчетной схемы без знания формата ввода данных невозможен. Проблема повторного ввода данных – один и тот же объект вводится несколько раз для разных задач и разных организаций. Проблема сохранения знания – переход на новые расчетные коды уничтожает созданный задел. В общем случае высокая стоимость работ по расчетному, обоснованию, большие сроки выполнения работ, непроверяемое качество работы.

8. Стандартизация в 2 этапа СТАНДАРТ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ Визуальное представление Описание параметров Наборы готовых блоков 1 2 СТАНДАРТ РАСЧЕТНЫХ КОДОВ Modelica Мультифизка Проектные данные Расчетная схема Расчетный код model dcmotor Modelica.Electrical.Analog.Basic.Resistor r1(R=10); Modelica.Electrical.Analog.Basic.Inductor i1; Modelica.Electrical.Analog.Basic.EMF emf1; Modelica.Mechanics.Rotational.Inertia load; Modelica.Electrical.Analog.Basic.Ground g; Modelica.Electrical.Analog.Sources.ConstantVoltage v; equation connect(v.p,r1.p); Автоматизация Проектировщик, конструктор Ученый

9. Задачи первого этапа • Создание универсального стандарта описания расчетных схем • Открытое описание в стандарте ХML должно содержать: • Описание блоков расчетной схемы: • Параметры, задаваемые пользователем • Параметры, рассчитываемые кодом • Параметры визуального отображения объекта • Топологию расчетной схемы. • Создание стандарта обмена данными с расчетным кодом • Открытое описания стандарта обмена данными во время расчета доложно содержать: • Данные по управлению расчетом; • Рассчитываемые параметры объекта; • Диагностические данные расчета.

10. Преимущества нового подхода. • Наглядное представление для различных расчетных кодов в виде СТАНДАРТНОЙ РАСЧТЕТНОЙ СХЕМЫ ОБЪЕКТА • Расчетный код TPP • Расчетный код MBTY • Расчетный код Serpent • Расчетный код CMS • Расчетный код RELAP • Расчетный код СОКРАТ Исходные данные для кода 1 Исходные данные для кода 2 Сравнение результатов

11. Комплексное моделирование Создание стандарта обмена данными с расчетным кодом позволит создавать комплексные модели, в которых различные системы рассчитываются различными расчетными кодами. Комплексная мультифизическая модель АЭС, киберфизическая система: Модель ЯСПП (СОКРАТ) Модель АСУ ТП(MBTY) Модель ТУРБИНЫ(TPP) Контроль (MBTY,SCADA) Стандартный обмен данными

12. Новая схема проведения расчетов Расчет Расчетный код Обработка \ Информационнаясистемапредприятия, отрасли (PDM, PLM) Отчет Проектные данные СТАНДАРТ Расчетной сxемы Расчетная схема Контроль Результаты Модель Результаты

13. Проверка принимаемых проектных решений на каждом этапе жизненного цикла Изменения Расчетная схема Измененная модель Проектная документация 3D модели схемы PLM Проектная документация Общая база данных 2D схемы 3D модели Результаты Электронный архив 3D модели схемы обоснование Система поддержки жизненного цикла хранит все итерации расчетного процесса

14. Задачи второго этапа • Модификация существующих, разработка новых расчетных кодов, изначально поддерживающих: • стандарт описания расчетных схем, • стандарт обмена данными, • стандарт описания физических процессов MODELICA • стандарты описания физических процессов, не вписывающихся в стандарт Modelica (прочность, и т.д.) Уравнения физики Физика Расчетный код Методы решения Математика

15. Жизненный цикл систем моделирования для АЭС Изменение (создание) расчетного кода Идея Общая расчетная модель физики процесса Уточнение модели физики процесса Эксперимент УЧЕНЫЙ Изменение расчетной схемы объекта Конструирование Поиск оптимальных конструкторских решений Расчетные обоснования проекта Проектирование КОНСТРУКТОР, ПРОЕКТИРОВЩИК • На каждом этапе меняется только необходимая часть системы. • Максимальное использование накопленных знаний. • Уточнения в физике не влияют на расчетные схемы объектов.

16. Пример применения расчетной схемы АЭС 2006 Схема СОКРАТ Схема ТРР

17. Пример обмена данными в комплексной модели АЭС 2006 Показания приборов Блоки управления оборудованием ОPC клиент команды Пульт управления (SCADA, MBTY) База данных Сигналов (MBTY) параметры состояние оборудования выходы алгоритмов Модель объекта (СОКРАТ, МВТY, TPP) Система управления (MBTY)

18. Пример обоснование систем автоматики РУ БРЕСТ-300 В рамках точечно-сосредоточенного описания моделируется: • кинетика нейтронов (6 групп ядер-предшественников запазд. нейтронов) • остаточное энерговыделение с учетом кампании (23 группы излучателей) • топливо с учетом неоднородности высотного энерговыделения • теплогидравлика всех (4-х) петель циркуляции свинцового теплоносителя • теплогидравлика всех петель циркуляции рабочего тела • основные эффекты реактивности (плотностной, температурный и др.) • привода и стержни СУЗ (АР, АЗ и др.) • запорно-регулирующая арматура • алгоритмы автоматического регулирования • алгоритмы логико-дискретного управления (защиты и блокировки) • переходные процессы и проектные аварийные ситуации…

19. Пример обоснование систем автоматики РУ БРЕСТ-300

20. Новые возможности Автоматизация изменения расчетных моделей – стандартная расчетная схема интегрируется с САПР и (или)PLM предприятия. Накопление базы расчетных моделей– введение расчетных работ в информационные системы поддержки жизненного цикла. Совместное использование знаний – расчетная схема может передаваться между предприятиями. Независимая проверка – расчеты различными кодами одной и той же задачи. Комплексная расчетная проверка объекта – несколько расчетных кодов считают синхронно. Упрощения модификации кодов – изменение в физических моделях не влияют на существующие наработки.

21. Спасибо за внимание! Приглашаем организации отрасли, заинтересованные в применении новых стандартов, к обсуждению наших предложений в рамках рабочей группы стандартизации расчетного моделирования. т.ф. +7 (495) 221 22 53 petukhov@3v-techno.com