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

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

Текущее состояние В настоящее время при проектировании АЭС используется большое количество разнообразных расчетных кодов ( более 150 ), сегментированных по: o Классам решаемых задач: o инженерные стационарные задачи o задачи нормальной эксплуатация o тренажерные задачи o проектные и запроектные аварии o Моделируемым физическим процессам: o Теплофизика o Нейтронная физика o Прочность o Электрика o Логика работы АСУ ТП 3

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

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

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

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. 7

Стандартизация в 2 этапа Расчетная схема Расчетная схема model dcmotor Modelica.Electrical.Analog.Basic.Resist or r1(R=10); Modelica.Electrical.Analog.Basic.Induct or i1; Modelica.Electrical.Analog.Basic.EMF emf1; Modelica.Mechanics.Rotational.Inertia load; Modelica.Electrical.Analog.Basic.Groun d g; Modelica.Electrical.Analog.Sources.Con stantVoltage v; equation connect(v.p,r1.p); model dcmotor Modelica.Electrical.Analog.Basic.Resist or r1(R=10); Modelica.Electrical.Analog.Basic.Induct or i1; Modelica.Electrical.Analog.Basic.EMF emf1; Modelica.Mechanics.Rotational.Inertia load; Modelica.Electrical.Analog.Basic.Groun d g; Modelica.Electrical.Analog.Sources.Con stantVoltage v; equation connect(v.p,r1.p); Расчетный код Расчетный код Проектные данные Проектные данные СТАНДАРТ РАСЧЕТНЫХ КОДОВ Modelica Мультифизка Автоматизация 12 СТАНДАРТ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ Визуальное представление Описание параметров Наборы готовых блоков Проектировщик, конструкторУченый 8

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. 9

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 Преимущества нового подхода. Исходные данные для кода 1 Исходные данные для кода 1 Исходные данные для кода 2 Исходные данные для кода 2 Сравнение результатов 10

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

\ Информационная система предприятия, отрасли (PDM, PLM) Расчет Расчетный код Проектные данные Отчет Обработка СТАНДАРТ Расчетной с x емы Расчетная схемаКонтрольРезультаты МодельРезультаты Новая схема проведения расчетов 12

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

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.) Расчетный код Расчетный код Уравнения физики Методы решения Физика Математика 14

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

Пример применения расчетной схемы АЭС 2006 Схема СОКРАТСхема ТРР 16

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

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… 18 Пример обоснование систем автоматики РУ БРЕСТ-300

Пример обоснование систем автоматики РУ БРЕСТ

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. 20

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)