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文檔簡介
1、以故障樹、事件樹為風(fēng)險模型的概率安全評價(Probabilitic Safety Assessment,PSA)技術(shù)在核電廠的建造、運(yùn)營、風(fēng)險評估和日常管理過程中發(fā)揮著不可替代的作用,也是核電廠“安審報告”必須要提交的部分。隨著核電廠越來越復(fù)雜設(shè)計系統(tǒng)的出現(xiàn)以及系統(tǒng)可靠性理論的發(fā)展,研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的靜態(tài)故障樹、事件樹建模技術(shù)在分析復(fù)雜動態(tài)順序失效系統(tǒng)可靠性時顯得有些力不從心。核電廠系統(tǒng)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下三個方面:核電廠系統(tǒng)失效的順
2、序(時序)性;核電廠設(shè)備失效的多樣性;核電廠低使用率備用安全系統(tǒng)風(fēng)險成本管理的矛盾性。系統(tǒng)失效順序性是指系統(tǒng)失效不僅與設(shè)備的組合邏輯有關(guān),還與設(shè)備失效的先后順序邏輯有關(guān)。設(shè)備失效的多樣性是指設(shè)備不僅具有隨機(jī)性失效(又稱可靠性失效),還可能因為設(shè)備的定期試驗、維修等導(dǎo)致的不可用(也稱功能需求失效)。而針對核電廠低使用率備用安全系統(tǒng),日常維護(hù)人員總希望采取的維護(hù)策略能夠讓備用安全系統(tǒng)維持在一個較高的安全水平上,同時承擔(dān)較少的維護(hù)成本,顯然這
3、是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。
針對含有順序失效行為的復(fù)雜系統(tǒng)可靠性,國際上普遍采用動態(tài)故障樹技術(shù)進(jìn)行建模分析,這種技術(shù)首次應(yīng)用于計算機(jī)冗余系統(tǒng)的可靠性評價中,后來逐漸拓展到航空航天、核電廠以及化工過程系統(tǒng)中。目前,動態(tài)故障樹的求解技術(shù)仍舊處在不斷地發(fā)展之中,特別是針對大規(guī)模、高耦合的動態(tài)故障樹,其可求解性以及求解的高效性都需要進(jìn)一步地發(fā)展提高。不交化積之和法(Sum of Disjoint Products,SDP)是求解不可修動態(tài)
4、故障樹最有效的方法之一,但是這種方法在求解大規(guī)模、高耦合動態(tài)故障樹時,依舊存在三個亟待解決的關(guān)鍵難題:廣義割序事件的邏輯求反運(yùn)算;廣義割序事件的發(fā)生概率定量計算;高效的動態(tài)故障樹SDP模型構(gòu)建算法。針對第一個問題,作者提出了一種基于摩根定理的廣義割序通用求反公式;對于第二個問題,作者提出了一種基于廣義割序順序失效域的多重積分求解公式;對于最后一個問題,作者根據(jù)動態(tài)故障樹的規(guī)模以及耦合形式,提出了三種不交化模型構(gòu)建算法:針對小規(guī)模的動態(tài)故
5、障樹,作者提出了一種基于改進(jìn)的K.D.Heidtman模型法;針對中大規(guī)模的動態(tài)故障樹,尤其是以動態(tài)門直接耦合的動態(tài)故障樹(在本文也被稱之為I類動態(tài)故障樹),作者提出一種動態(tài)二叉樹模型法;針對中大規(guī)模的故障樹,其中動態(tài)邏輯門位于故障樹的下端/底端,如果動態(tài)邏輯門耦合,也是通過重復(fù)事件耦合(在本文也被稱之為 II類動態(tài)故障樹),作者提出了一種動態(tài)二元決策圖模型法。為了提高這三種模型的分析效率,作者分別提出了三種模型對應(yīng)的啟發(fā)式構(gòu)建策略。相
6、對于傳統(tǒng)的動態(tài)故障樹求解方法,這三種方法在求解效率上獲得了極大的提高。此外,作者在大規(guī)模、高耦合不可修動態(tài)故障樹的數(shù)值模擬上也進(jìn)行了深入的理論研究,提出了一種基于“最小割序集+順序失效域”的數(shù)值模擬方法。該方法可以作為不可修動態(tài)故障樹數(shù)值仿真的一種標(biāo)準(zhǔn)方法。
針對設(shè)備多樣性失效的核電廠動態(tài)順序失效系統(tǒng),作者同樣提出了一種基于最小割序集的可靠性蒙特卡洛數(shù)值仿真方法,該方法模擬系統(tǒng)在任務(wù)期間內(nèi)的失效時間段,并根據(jù)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)統(tǒng)
7、計量來分析核電廠系統(tǒng)的可靠性。
對于核電廠低使用率備用安全系統(tǒng),核電廠運(yùn)營商除了重視系統(tǒng)的可靠性之外,也非常關(guān)注系統(tǒng)在整個運(yùn)營期間的維護(hù)費(fèi)用。期望用最小的維護(hù)成本來獲取系統(tǒng)最大的可用度。顯然,這是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。為了實現(xiàn)核電廠低使用率備用安全系統(tǒng)風(fēng)險成本的多目標(biāo)優(yōu)化,作者構(gòu)建了一種適用的多種群多目標(biāo)混合整數(shù)粒子群優(yōu)化框架,并解決多目標(biāo)粒子群優(yōu)化中三個問題:多目標(biāo)適應(yīng)度分配問題,混合整數(shù)優(yōu)化問題(連續(xù)和離散決策變量),外部檔
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