本發明涉及核電反應堆系統設計的，更具體地說，涉及一種小型反應堆的模塊劃分方法、系統和電子設備。

背景技術：

1、核電作為一種具有成本效益的發電技術，可以提供與其它可再生能源技術相媲美的清潔能源。小型模塊化反應堆(small?modular?reactor，smr)作為新一代核能技術，通常指電功率在300mwe以下的核反應堆，憑其高靈活性、易于部署和適應性強等特點，已經成為未來核能發展的重要方向。由于smr的設計需要適應有限的空間，并且其設計和建造涉及多個復雜的子系統和組件，采用高效且精準的模塊劃分設計方法對提升系統的整體效率和可靠性至關重要。

2、傳統的模塊劃分方法主要依賴設計人員的經驗，具有較強的主觀性和不確定性。同時，在處理復雜系統時，容易導致模塊劃分不足、模塊耦合度較高的問題，從而增加系統升級和維護的難度，降低系統的可擴展性和靈活性。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術存在的問題，提供一種小型反應堆的模塊劃分方法、系統和電子設備。

2、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種小型反應堆的模塊劃分方法，包括以下步驟：

3、根據核電設計信息確定smr系統的系統組件的相關性信息，并根據所述系統組件的相關性信息構建smr系統的系統組件的綜合相關矩陣；

4、根據所述smr系統的系統組件的綜合相關矩陣進行層次化模塊劃分，獲得所述smr系統的系統組件的分層聚類結果；

5、確定所述smr系統模塊劃分的目標函數和約束條件；

6、對所述smr系統的系統組件的分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并對所述smr系統的模塊劃分進行優化，獲得目標模塊劃分方案。

7、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述系統組件包括：反應堆及其輔助系統的各類設備和部件；所述核電設計信息包括：核電設計規范和所述smr系統的設計準則；

8、所述根據核電設計信息確定smr系統的系統組件的相關性信息包括：

9、基于所述核電設計規范和所述smr系統的設計準則進行分類匯總，獲得所述系統組件的相關性信息；所述系統組件的相關性信息包括：系統組件間的功能相關性、系統組件間的連接相關性和系統組件間的空間相關性。

10、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述根據所述系統組件的相關性信息構建smr系統的系統組件的綜合相關矩陣包括：

11、獲取所述系統組件的功能相關性、所述系統組件的連接相關性和所述系統組件間的空間相關性；

12、基于所述系統組件的功能相關性、所述系統組件的連接相關性和所述系統組件間的空間相關性進行匯總，獲得所述系統組件的綜合相關矩陣。

13、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述系統組件間的功能相關性包括：第一功能相關評價指標、第二功能相關評價指標、第三功能相關評價指標和第四功能相關評價指標；

14、所述第一功能相關評價指標為：系統組合共同協作完成同一子功能、且所述系統組件不可缺；所述第一功能相關評價指標的相關性值為1；

15、所述第二功能相關評價指標為：強功能輔助關系；所述第二功能相關評價指標的相關性值為0.5～0.9；

16、所述第三功能相關評價指標為：弱功能輔助關系；所述第三功能相關評價指標的相關性值為0.1～0.4；

17、所述第四功能相關評價指標為：無功能關系；所述第四功能相關評價指標的相關性值為0。

18、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述系統組件間的連接相關性包括：第一連接相關評價指標和第二連接相關評價指標；

19、所述第一連接相關評價指標為：直接物理連接；所述第一連接相關評價指標的相關性值為1；

20、第二連接相關評價指標為：無直接物理連接；所述第二連接相關評價指標的相關性值為：0。

21、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述系統組件間的空間相關性包括：第一空間相關評價指標和第二空間相關評價指標；

22、所述第一空間相關評價指標為：位于同一空間區域；所述第一空間相關評價指標的相關性值為1；

23、所述第二空間相關評價指標為：位于不同艙室或者空間區域；所述第二空間相關評價指標的相關性值為0。

24、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述根據所述smr系統的系統組件的綜合相關矩陣進行層次化模塊劃分，獲得所述smr系統的系統組件的分層聚類結果包括：

25、根據所述系統組件的綜合相關矩陣，采用模糊層次聚類方法對所述smr系統的系統組件進行層次化模塊劃分，獲得所述smr系統的系統組件的分層聚類結果。

26、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述根據所述系統組件的綜合相關矩陣，采用模糊層次聚類方法對所述smr系統的系統組件進行層次化模塊劃分，獲得所述smr系統的系統組件的分層聚類結果包括：

27、基于所述系統組件的綜合相關矩陣，計算組件間的距離矩陣；

28、采用模糊層次聚類方法進行層次聚類，獲得系統組件的層次聚類樹；

29、采用非均勻粒度聚類函數將不同層次的聚類結果進行組合，獲得所述系統組件的分層聚類結果。

30、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述采用模糊層次聚類方法進行層次聚類，獲得系統組件的層次聚類樹包括：

31、將每一個系統組件作為一個獨立的初始聚類；

32、在每次迭代中將距離最小的兩個聚類合并生成一個新的聚類，重新計算所述新的聚類與其它所有聚類之間的距離，循環執行該步驟，直至所有系統組件合并為一個聚類，生成所述層次聚類樹。

33、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述確定所述smr系統模塊劃分的目標函數和約束條件包括：

34、基于所述綜合相關矩陣和所述分層聚類結果，確定系統組件間的綜合相關性系數、模塊的數量以及模塊中的組件數量；

35、根據所述系統組件間的綜合相關性系數、所述模塊的數量以及所述模塊中的組件數量，確定所述目標函數；

36、基于約束函數和目標函數確定所述約束條件。

37、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述目標函數包括：耦合度評價函數、內聚度評價函數、模塊數量函數、模塊尺寸限制評價函數以及模塊重量限制評價函數；

38、所述根據所述系統組件間的綜合相關性系數、所述模塊的數量以及所述模塊中的組件數量，確定所述目標函數包括：

39、根據所述系統組件間的綜合相關性系數和所述模塊中的組件數量，確定所述耦合度評價函數；

40、根據所述系統組件間的綜合相關性系數和所述模塊數量，確定所述內聚度評價函數；

41、根據所述模塊數量獲得所述模塊數量函數；

42、根據模塊的物理尺寸確定所述模塊尺寸限制評價函數；

43、根據模塊的總重量和預定的重量上限確定所述模塊重量限制評價函數。

44、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述約束條件包括：最小化模塊間耦合度、最大化模塊內聚度、最小化模塊數量、組件覆蓋性約束以及模塊尺寸與重量限制約束。

45、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述對所述smr系統的系統組件的分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并對所述smr系統的模塊劃分進行優化，獲得目標模塊劃分方案包括：

46、對所述smr系統的系統組件的分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并采用快速非支配排序遺傳算法對系統模塊化劃分進行優化，獲得所述目標模塊劃分方案。

47、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，對所述smr系統的系統組件的分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并采用快速非支配排序遺傳算法對系統模塊化劃分進行優化，獲得所述目標模塊劃分方案包括：

48、s4.1：確定編碼方式；

49、s4.2：根據所述編碼方式對所述分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并建立組件-模塊構造矩陣；

50、s4.3：根據所述編碼方式和所述組件-模塊構造矩陣，在滿足約束條件的前提下，隨機生成初始種群；

51、s4.4：對所述初始種群進行非支配排序，生成不同的非支配層次；

52、s4.5：對各個非支配層次中的個體進行擁擠度計算，獲得各個非支配層次中的個體的擁擠度；

53、s4.6：根據所述非支配層次和所述擁擠度進行選擇、交叉和變異操作，生成新一代子代個體；

54、s4.7：將父代與子代個體合并形成混合種群，并對所述混合種群重新進行非支配排序和擁擠度計算，構造下一代種群；

55、s4.8：確定上一代的目標解；

56、s4.9：重復步驟s4.4至步驟s4.8，直到滿足迭代終止條件，輸出所述目標模塊劃分方案。

57、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，所述編碼方式包括：模塊編碼方式和方案編碼方式；

58、所述模塊編碼方式包括：將每一個模塊采用布爾向量表示；所述布爾向量的每一位表示某個組件存在與否；

59、所述方案編碼方式包括：將整個模塊劃分方案采用一個布爾向量表示；所述布爾向量的每一位表示某個模塊存在與否。

60、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分方法中，還包括：

61、基于所述目標模塊劃分方案進行可行性分析與驗證；

62、根據分析與驗證結果判斷所述目標模塊劃分方案是否通過；

63、若是，則確定所述目標模塊劃分方案；

64、若否，則重新選擇以確定所述目標模塊劃分方案。

65、本發明還提供一種小型反應堆的模塊劃分系統，包括：

66、綜合矩陣構建單元，用于根據核電設計信息確定smr系統的系統組件的相關性信息，并根據所述系統組件的相關性信息構建smr系統的系統組件的綜合相關矩陣；

67、模塊劃分單元，用于根據所述smr系統的系統組件的綜合相關矩陣進行層次化模塊劃分，獲得所述smr系統的系統組件的分層聚類結果；

68、函數條件確定單元，用于確定所述smr系統模塊劃分的目標函數和約束條件；

69、目標方案確定單元，用于對所述smr系統的系統組件的分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并對所述smr系統的模塊劃分進行優化，獲得目標模塊劃分方案。

70、在本發明所述的小型反應堆的模塊劃分系統中，還包括：

71、目標方案驗證單元，用于：

72、基于所述目標模塊劃分方案進行可行性分析與驗證；

73、根據分析與驗證結果判斷所述目標模塊劃分方案是否通過；

74、若是，則確定所述目標模塊劃分方案；

75、若否，則重新選擇以確定所述目標模塊劃分方案。

76、本發明還提供一種存儲介質，所述存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序適于處理器進行加載，以執行如上所述的小型反應堆的模塊劃分方法的步驟。

77、本發明還提供一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器中存儲有計算機程序，所述處理器通過調用所述存儲器中存儲的所述計算機程序，執行如上所述的小型反應堆的模塊劃分方法的步驟。

78、實施本發明的小型反應堆的模塊劃分方法、系統和電子設備，具有以下有益效果：包括以下步驟：根據核電設計信息確定smr系統的系統組件的相關性信息，并根據系統組件的相關性信息構建smr系統的系統組件的綜合相關矩陣；根據smr系統的系統組件的綜合相關矩陣進行層次化模塊劃分，獲得smr系統的系統組件的分層聚類結果；確定smr系統模塊劃分的目標函數和約束條件；對smr系統的系統組件的分層聚類結果中的所有模塊進行編碼，并對smr系統的模塊劃分進行優化，獲得目標模塊劃分方案。通過本發明即可以提高模塊劃分設計效率、設計質量和適用性，又可以優化模塊劃分的合理性，進而降低系統升級和維護的難度，提升系統的可擴展性和靈活性。