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堆芯装载方案优化的新方法-区间限界算法

作　者: 宫兆虎
导　师: 王侃; 姚栋
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 装载方案优化区间限界算法动态不连续加权因子 IBALPO
分类号: TL351.1
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国核电发展迅速，相应的换料设计任务也会越来越多。换料设计的基础是堆芯装载方案优化，为了研制工程实用的优化方法和程序，本文主要进行了以下研究：首先，提出了一种专门用于堆芯装载方案优化的新的启发式算法——区间限界算法，详细介绍了该算法的计算过程。该算法直接利用组件及其四个象限的反应性和可燃毒物的价值进行演化计算，智能性强，实现过程简单，固有并行性好，可耦合优化组件布置、可燃毒物配置和旧组件旋转。对该算法在几种优化问题上分别进行了检验计算，表明算法的优化能力较强。其次，对算法进行了一定的理论分析和改进。分析了算法中定义的控制变量的必要性和优越性。指出了使用区间作为模型表征学习规律是比较合理的。基于压缩映射原理证明了算法具有全局收敛性。为算法添加了精英策略，以更好地平衡选择性压力和种群多样性，使算法的收敛速度和优化解的质量都得到了提高。为了处理多模态装载方案优化问题，又为算法添加了多区间模型，使算法在不增加计算量的前提下具备了多模态优化能力。再次，将遗传算法与区间限界算法分别在单模态和多模态优化问题上进行应用对比。在单模态优化问题上，区间限界算法产生种群多样性的能力更强、考虑了自变量的联结关系、利用了反应性等启发式信息，性能超过遗传算法。在多模态优化问题上，除了前面三个原因外，遗传漂移现象容易使遗传算法只收敛到一个次优模态上，导致其性能更不如区间限界算法。最后，为处理有约束条件的多目标装载方案优化问题，提出了动态不连续加权因子技术。该技术可以统筹处理约束条件和多个优化目标。加权因子随着演化进程动态变化，以满足不同演化阶段对不可行解的不同选择压力。而加权因子在限值处不连续可以降低适应函数对加权因子的敏感性。通过各个约束条件和优化目标的转换公式，即可以表达决策者对多个目标的偏好，又可以对不可行解进行有效惩罚。综合上面的研究成果，研制了压水堆核电厂堆芯装载方案优化计算程序IBALPO。由于区间限界算法的优化性能较好，使该程序的工程实用性较强，目前已在中国核动力院帮助工程师优化装载方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第1章引言  12-34
  1.1 课题背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究状况  13-26
    1.2.1 各种优化方法  13-23
    1.2.2 堆芯物理参数快速预测方法  23-25
    1.2.3 多循环优化  25-26
  1.3 问题属性与解决途径  26-32
    1.3.1 问题与模型  26-27
    1.3.2 P、NP和NPC问题  27-30
    1.3.3 启发式算法  30-32
  1.4 研究目标及内容  32
  1.5 论文结构安排  32-34
第2章新的单循环优化方法——区间限界算法  34-60
  2.1 概述  34
  2.2 压水堆换料方案优化问题的建模  34-38
  2.3 算法思想来源  38-42
  2.4 算法实现过程  42-46
    2.4.1 选取控制变量  42-43
    2.4.2 建立和更新区间模型  43-45
    2.4.3 产生新方案  45
    2.4.4 选择算子  45-46
    2.4.5 算法主要步骤  46
  2.5 程序研制与算法检验  46-59
    2.5.1 IBALPO程序研制  46-49
    2.5.2 程序研制中的几个技术问题  49-50
    2.5.3 实际换料问题检验  50-59
  2.6 本章小结  59-60
第3章区间限界算法的理论分析及改进  60-81
  3.1 概述  60
  3.2 算法理论分析  60-67
    3.2.1 控制变量定义分析  60-62
    3.2.2 控制变量建模分析  62-64
    3.2.3 算法收敛性分析  64-67
  3.3 带精英策略的区间限界算法  67-72
  3.4 多模态区间限界算法  72-79
  3.5 本章小结  79-81
第4章区间限界算法与遗传算法的比较  81-92
  4.1 概述  81
  4.2 遗传算法  81-83
    4.2.1 编码问题  81-82
    4.2.2 遗传算子  82-83
    4.2.3 选择算子  83
  4.3 优化结果比较及分析  83-90
    4.3.1 单模态优化问题  84-86
    4.3.2 多模态优化问题  86-90
  4.4 本章小结  90-92
第5章有约束的多目标优化  92-104
  5.1 概述  92
  5.2 约束处理技巧  92-94
  5.3 多目标优化方法  94-95
  5.4 动态不连续加权因子  95-97
  5.5 优化测试结果  97-103
  5.6 本章小结  103-104
第6章总结与展望  104-107
  6.1 总结  104-105
  6.2 创新点  105-106
  6.3 展望  106-107
参考文献  107-113
致谢  113-115
附录A IBALPO程序使用说明书  115-117
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  117-118

堆芯装载方案优化的新方法-区间限界算法

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