Park, Y. H.;W. K. In;Park, J. R.;Lee, C. C.;G. S. Auh
한국원자력학회:학술대회논문집
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한국원자력학회 1996년도 춘계학술발표회논문집(1)
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pp.459-464
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1996
The 3-D power distribution synthesis scheme was implemented in Totally Integrated Core Operation Monitoring System (TICOMS), which is under development as the next generation core monitoring system. The on-line 3-D core power distribution obtained from the measured fixed incore detector readings is used to construct the hot pin power as well as the core average axial power distribution. The core average axial power distribution and the hot pin power of TICOMS were compared with those of the current digital on-line core monitoring system, COLSS, which construct the core average axial power distribution and the pseudo hot pin power. The comparison shows that TICOMS results in the slightly more accurate core average axial power distribution and the less conservative hot pin power. Therefore, these results increased the core operating margins. In addition, the on-line 3-D power distribution is expected to be very useful for the core operation in the future.
It is essential in commercial reactors that the safety limits imposed on the fuel pellets and fuel clad barriers, such as the linear power density (LPD) and the departure from nucleate boiling ratio (DNBR), are not violated during reactor operations. In order to accurately monitor the safety limits of current reactor states, a detailed three-dimensional (3D) core power distribution should be estimated from the in-core detector signals. In this paper, we propose a calculation methodology for detailed 3D core power distribution, using in-core detector signals and core monitoring constants such as the 3D Coupling Coefficients (3DCC), node power fraction, and pin-to-node factors. Also, the calculation method for several core safety parameters is introduced. The core monitoring constants for the real core state are promptly provided by the core design code and on-line MASTER (Multi-purpose Analyzer for Static and Transient Effects of Reactors), coupled with the core monitoring program. through the plant computer, core state variables, which include reactor thermal power, control rod bank position, boron concentration, inlet moderator temperature, and flow rate, are supplied as input data for MASTER. MASTER performs the core calculation based on the neutron balance equation and generates several core monitoring constants corresponding to the real core state in addition to the expected core power distribution. The accuracy of the developed method is verified through a comparison with the current CECOR method. Because in all the verification calculation cases the proposed method shows a more conservative value than the best estimated value and a less conservative one than the current CECOR and COLSS methods, it is also confirmed that this method secures a greater operating margin through the simulation of the YGN-3 Cycle-1 core from the viewpoint of the power peaking factor for the LPD and the pseudo hot pin axial power distribution for the DNBR calculation.
A well-performed core power control to track load changes is crucial in pressurized water reactor (PWR) nuclear power stations. It is challenging to keep the core power stable at the desired value within acceptable error bands for the safety demands of the PWR due to the sensitivity of nuclear reactors. In this paper, a state-space model predictive control (MPC) method was applied to the control of the core power. The model for core power control was based on mathematical models of the reactor core, the MPC model, and quadratic programming (QP). The mathematical models of the reactor core were based on neutron dynamic models, thermal hydraulic models, and reactivity models. The MPC model was presented in state-space model form, and QP was introduced for optimization solution under system constraints. Simulations of the proposed state-space MPC control system in PWR were designed for control performance analysis, and the simulation results manifest the effectiveness and the good performance of the proposed control method for core power control.
Goricanec, Tanja;Stancar, Ziga;Kotnik, Domen;Snoj, Luka;Kromar, Marjan
Nuclear Engineering and Technology
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제53권11호
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pp.3528-3542
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2021
A detailed geometrical model of a Krško reactor core was developed using a Monte Carlo neutron transport code MCNP. The main goal of developing an MCNP core model is for it to be used in future research focused on ex-core calculations. A script called McCord was developed to generate MCNP input for an arbitrary fuel cycle configuration from the diffusion based core design package CORD-2, taking advantage of already available material and temperature data obtained in the nuclear core design process. The core model was used to calculate 3D power density profile inside the core. The applicability of the calculated power density distributions was tested by comparison to the CORD-2 calculations, which is regularly used for the nuclear core design calculation verification of the Krško core. For the hot zero power and hot full power states differences between MCNP and CORD-2 in the radial power density profile were <3%. When studying axial power density profiles the differences in axial offset were less than 2.3% for hot full power condition. To further confirm the applicability of the developed model, the measurements with in-core neutron detectors were compared to the calculations, where differences of 5% were observed.
To effectively monitor the variety of distributions of neutron flux, fuel power or temperatures in the reactor core, usually the ex-core and in-core neutron detectors are employed. The thermocouples for temperature measurement are installed in the coolant inlet or outlet of the respective fuel assemblies. It is necessary to reconstruct the measurement information of the whole reactor position. However, the reading of different types of detector in the core reflects different aspects of the 3D power distribution. The feasibility of reconstruction the core three-dimension power distribution by using different combinations of in-core, ex-core and thermocouples detectors is analyzed in this paper to synthesize the useful information of various detectors. A comparison of multilayer perceptron (MLP) network and radial basis function (RBF) network is performed. RBF results are more extreme precision but also more sensitivity to detector failure and uncertainty, compare to MLP networks. This is because that localized neural network could offer conservative regression in RBF. Adding random disturbance in training dataset is helpful to reduce the influence of detector failure and uncertainty. Some convolution neural networks seem to be helpful to get more accurate results by use more spatial layout information, though relative researches are still under way.
During an earthquake on December 29th 2020, the Krško NPP automatically shutdown due to the trigger of the negative neutron flux rate signal on the power range nuclear instrumentation. From the time course of the detector signal, it can be concluded that the fluctuation in the detector signal may have been caused by the mechanical movement of the ex-core neutron detectors or the pressure vessel components rather than the actual change in reactor power. The objective of the analysis was to evaluate the sensitivity of the neutron flux at the ex-core detector position, if the detector is moved in the radial or axial direction. In addition, the effect of the core barrel movement and core inside the baffle movement in the radial direction were analysed. The analysis is complemented by the calculation of the thermal and total neutron flux gradient in radial, axial and azimuthal directions. The Monte Carlo particle transport code MCNP was used to study the changes in the response of the ex-core detector for the above-mentioned scenarios. Power and intermediate-range detectors were analysed separately, because they are designed differently, positioned at different locations, and have different response characteristics. It was found that the movement of the power range ex-core detector has a negligible effect on the value of the thermal neutron flux in the active part of the detector. However, the radial movement of the intermediate-range detector by 5 cm results in 7%-8% change in the thermal neutron flux in the active part of the intermediate-range detector. The analysis continued with an evaluation of the effects of moving the entire core barrel on the ex-core detector response. It was estimated that the 2 mm core barrel radial oscillation results in ~4% deviation in the power and intermediate-range detector signal. The movement of the reactor core inside baffle can contribute ~6% deviation in the ex-core neutron detector signal. The analysis showed that the mechanical movement of ex-core neutron detectors cannot explain the fluctuations in the ex-core detector signal. However, combined core barrel and reactor core inside baffle oscillations could be a probable reason for the observed fluctuations in the ex-core detector signal during an earthquake.
High Temperature Superconducting (HTS) synchronous generators can be designed with either an air-core type or iron-core type. The air-core type has higher efficiency under rated rotating speed and load than the iron-core type because of the iron losses which may produce much heat. However, the total length of HTS wire in the air-core type is longer than the iron-core type because the generated magnetic flux density of the air-core type is low. This paper deals with designs of 10 MW air-core and iron-core HTS wind power generators for wind turbines. Fully air-core, partially iron-core, and fully iron-core HTS generators are designed, and various stator winding methods in the three HTS generators are also considered, such as short-pitch concentrated winding, full-pitch concentrated winding, short-pitch distributed winding, and full-pitch distributed winding. These HTS generators are analyzed using a 3D finite elements method program. The analysis results of the HTS generators are discussed in detail, and the results will be effectively utilized for large-scale wind power generation systems.
This paper introduces a simple core loss calculation method for output filter inductor in pulse width modulation (PWM) DC-AC inverter. Amorphous C-core (AMCC-320) is used to analyze the core loss. In order to measure core loss of the output filter inductor and validate the proposed method, a single-phase half-bridge inverter and a calorimeter are used. By changing switching frequency and modulation index (MI) of the inverter, core loss of the AMCC-320 is measured with the lab-made calorimeter and the results are compared with calculated core loss. The proposed method can be easily extended to other core loss calculation of various converters.
The local power density should be estimated accurately to prevent fuel rod melting. The local power density at the hottest part of a hot fuel rod, which is described by the power peaking factor, is more important information than the local power density at any other position in a reactor core. Therefore, in this work, the power peaking factor, which is defined as the highest local power density to the average power density in a reactor core, is estimated by fuzzy neural networks using numerous measured signals of the reactor coolant system. The fuzzy neural networks are trained using a training data set and are verified with another test data set. They are then applied to the first fuel cycle of Yonggwang nuclear power plant unit 3. The estimation accuracy of the power peaking factor is 0.45% based on the relative $2_{\sigma}$ error by using the fuzzy neural networks without the in-core neutron flux sensors signals input. A value of 0.23% is obtained with the in-core neutron flux sensors signals, which is sufficiently accurate for use in local power density monitoring.
Small PWR can be used for power generation and heating. Considering that small PWR has the characteristics of flexible operating conditions and complex operating environment, the controller designed based on single power level is difficult to achieve the ideal control of small PWR in the whole range of core power range. To solve this problem, a flexible switching controller based on fuzzy controller and LQG/LTR controller is designed. Firstly, a core fuzzy multi-model suitable for full power range is established. Then, T-S fuzzy rules are designed to realize the flexible switching between fuzzy controller and LQG/LTR controller. Finally, based on the core power feedback principle, the core flexible switching control system of small PWR is established and simulated. The results show that the flexible switching controller can effectively control the core power of small PWR and the control effect has the advantages of both fuzzy controller and LQG/LTR controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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