論文の概要: Physics-Informed Multi-Stage Deep Learning Framework Development for Digital Twin-Centred State-Based Reactor Power Prediction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.13157v1
• Date: Wed, 23 Nov 2022 17:32:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2022-11-24 14:58:19.320876
• Title: Physics-Informed Multi-Stage Deep Learning Framework Development for Digital Twin-Centred State-Based Reactor Power Prediction
• Title（参考訳）: ディジタル双中心状態型リアクタ電力予測のための物理式多段階ディープラーニングフレームワークの開発
• Authors: James Daniell, Kazuma Kobayashi, Dinesh Kumar, Souvik Chakraborty, Ayodeji Alajo, Ethan Taber, Joseph Graham, Syed Alam
• Abstract要約: 本研究は, 原子炉・プラントにおける過渡的反応器の最終定常電力を決定するための多段階予測モデルを開発する。 4つの回帰モデルを開発し、第1段階モデルからの入力を用いて、原子炉出力を表す単一の値を予測する。 組み合わせモデルでは、第1段階の分類精度が96%、第2段階の絶対予測精度が92%となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3566877569643008
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Computationally efficient and trustworthy machine learning algorithms are necessary for Digital Twin (DT) framework development. Generally speaking, DT-enabling technologies consist of five major components: (i) Machine learning (ML)-driven prediction algorithm, (ii) Temporal synchronization between physics and digital assets utilizing advanced sensors/instrumentation, (iii) uncertainty propagation, and (iv) DT operational framework. Unfortunately, there is still a significant gap in developing those components for nuclear plant operation. In order to address this gap, this study specifically focuses on the "ML-driven prediction algorithms" as a viable component for the nuclear reactor operation while assessing the reliability and efficacy of the proposed model. Therefore, as a DT prediction component, this study develops a multi-stage predictive model consisting of two feedforward Deep Learning using Neural Networks (DNNs) to determine the final steady-state power of a reactor transient for a nuclear reactor/plant. The goal of the multi-stage model architecture is to convert probabilistic classification to continuous output variables to improve reliability and ease of analysis. Four regression models are developed and tested with input from the first stage model to predict a single value representing the reactor power output. The combined model yields 96% classification accuracy for the first stage and 92% absolute prediction accuracy for the second stage. The development procedure is discussed so that the method can be applied generally to similar systems. An analysis of the role similar models would fill in DTs is performed.
• Abstract（参考訳）: 計算効率が高く信頼性の高い機械学習アルゴリズムは、Digital Twin(DT)フレームワークの開発に必要である。 一般的に、DTエナリング技術は5つの主要コンポーネントから構成される。 (i)機械学習(ml)駆動予測アルゴリズム、 (ii)高度なセンサ・インスツルメンテーションを利用した物理とデジタル資産の時間同期 (iii)不確実性伝播、及び (iv)DTの運用フレームワーク。 残念ながら、これらの部品の開発には依然として大きなギャップがある。 このギャップに対処するため, 本研究は, 提案モデルの信頼性と有効性を評価しつつ, 「ML駆動予測アルゴリズム」を原子炉運転の有効成分として重視する。 そこで,本研究では, ニューラルネットワークを用いた2つのフィードフォワード深層学習(DNN)からなる多段階予測モデルを構築し, 原子炉・プラント用原子炉過渡電源の最終定常電力を決定する。 多段階モデルアーキテクチャの目標は、確率的分類を連続出力変数に変換し、信頼性と分析の容易性を向上させることである。 4つの回帰モデルを開発し、第1段階モデルから入力して原子炉出力を表す1つの値を予測する。 組み合わせモデルでは、第1段階の分類精度が96%、第2段階の絶対予測精度が92%となる。 開発手順は、一般的に類似システムに適用できるように議論されている。 同様のモデルがdtsで果たす役割の分析を行う。

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