核动力二回路设备耦合多目标优化研究
摘要
核动力装置具有供应能力强、应用规模大、节能环保等多种优点，应用广泛，而由
于存在空间布置分散、体积占有率高等方面的问题，大大制约了核动力装置的发展。因
而利用现代智能优化方法针对核动力装置存在的问题进行改进，就显得尤为重要。本文
以核动力二回路主蒸汽系统为研究对象，建立主蒸汽系统主要设备数学模型的设计程序，
并采用改进后的优化算法对模型进行优化，最终寻求更合理的二回路主蒸汽系统优化设
计方案。
本文将最优化理论应用于二回路设备及系统的优化中，对带有精英策略的非支配排
序遗传算法进行改进研究，将差分演化算子策略、自适应交叉和变异策略以及动态拥挤
距离策略融入到算法中，提出了改进的INSGA-II-DE算法。并且对新型算法进行了ZDT
系列和DTLZ系列等多种测试函数的性能测试，实验结果表明改进后的算法在分布性和
收敛性上的性能均具有优于其他算法的优化性能，也能更适用于主蒸汽系统模型的多目
标寻优。采用改进后的INSGA-II-DE算法对蒸汽发生器与主汽轮机以及二者的耦合模型
进行多目标优化设计，对设备的影响参数进行敏感性分析并确定了影响优化目标的决策
变量，并且对优化后的多维目标函数的Pareto解集选用熵权TOPSIS法进行多目标决策，
筛选出最优决策方案。
研究结果可知：蒸汽发生器的总重量降低了25.92%，总体积降低了3.09%，流动总
阻力降低了20.01%；主汽轮机的总重量降低了1.29%，总体积降低了1.93%，主机效率
提升了0.88%；蒸汽发生器与主汽轮机的耦合优化结果为总重量降低了17.06%，总体积
降低了5.96%，系统效率增加了1.76%，各个模型的三维目标均达到了优化目的。研究
了输入参数的改变对系统关键设备的影响，结果表明耦合优化的结果更具有设备关联性，
在核动力装置的优化应用领域具有实际参考意义。
关键词：核动力二回路；主蒸汽系统；多目标优化；设备耦合
I
核动力二回路设备耦合多目标优化研究
Abstract
Nuclearpowerplanthasmanyadvantagessuchasstrongsupplycapacity,largeapplication
scale,energysavingandenvironmentalprotection,soitiswidelyusedinavarietyofnuclear
powerships.However,thedevelopmentofnuclearpowerplantisgreatlyrestrictedduetothe
problemsofscatteredspacearrangementandhighlyvolumeoccupancy.Therefore,itisvery
importanttousemodernintelligentoptimizationmethodtoimprovetheexistingproblemsof
nuclearpowerplant.Inthispaper,thenuclearpowersecondloopmainsteamsystemasthe
researchobject,theestablishmentofthemainequipmentofthemainsteamsystem
mathematicalmodeldesignprogram,andusingtheimprovedoptimizationalgorithmto
optimizethemodel,andfinallyseekamorereasonablesecondloopmainsteamsystem
optimizationdesigns