KR101837653B1 - 발전소 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

발전소 시뮬레이터가 제공된다. 발전소 시뮬레이터는, 발전소 현장을 모의로 구현하는 공정 모델부, 발전소 제어부를 모의로 구현하는 제어 모델부, 발전소 제어부로부터 출력되는 구동기 디맨드를 시뮬레이터에서 선택적으로 사용하도록 선별하는 시뮬레이터 구동기 선택부, 공정 모델부의 계산값과 발전소 제어부로부터의 실제 운전 데이터를 비교하여 시뮬레이션된 모델 충실도를 판별하는 모델 충실도 판별부, 모델 충실도의 판별에 요구되는 발전소의 상태가 정상 및 과도 중 어느 하나의 상태인지 정보를 제공하는 상태 판별부, 발전소 제어부의 발전소 운전 데이터를 저장하고 저장된 데이터를 이력 데이터로 출력하는 운전 데이터 데이터 베이스, 발전소 제어부로부터 실시간으로 입력받는 데이터와 이력 데이터 중 하나로 발전소 운전 데이터의 구동기 디맨드를 선택하는 플랜트 구동기 선택부 및 발전소 제어부로부터 실시간으로 입력받는 데이터와 이력 데이터 중 하나로 발전소 운전 공정 데이터를 선택하는 플랜트 공정값 선택부를 포함한다.

Description

발전소 시뮬레이터{POWER PLANT SIMULATOR}

본 발명은 발전소 시뮬레이터에 관한 것이다.

발전소 시뮬레이터는 발전소 설계 또는 운전 데이터를 이용하여 운전 훈련용으로 활용되거나 디지털 제어 시스템의 적용 전 제어 로직 시험과 인터록 시험, HMI(Human Machine Interface) 시험, 제어 로직 개선 시험 등 제어 검증용으로 활용되고 있다. 이러한 시뮬레이터는 원자력 발전소, 화력 발전소 등에 적용되어 운전 훈련용 또는 제어 검증용으로 활용되고 있다.

시뮬레이터의 충실도를 판단하는 인수시험은 냉간/열간 기동 시험, 정상 상태(steady state) 시험, 정지 시험, 기동전 상태점검, 고장 모사 시험, 원격 기능시험, 외부 파라미터 시험, 과도(transient) 상태 시험(부하변동, malfunction, 런백, 덤프시험 등), 강사 조작반 시험 등으로 이루어진다. 그리고 인수시험에서는 시뮬레이터에서 계산된 값과 기준 데이터의 정확도를 계산하여 시뮬레이터의 성능기준이라고 할 수 있는 충실도를 체크한다.

시뮬레이터의 충실도는 크게 정상 상태 연산(steady-state operation)과 과도 상태 연산(transient operation)으로 구분할 수 있다. 정상 상태 연산(steady-state operation)에서의 모델 충실도는 발전소 기준 데이터가 이용가능한 100% 부하와 25% 이상의 중간부하대에서 시뮬레이션된 계산 값과 발전소의 기준 데이터와의 모델 정확도에 기반하여 판단한다.

과도 상태 연산(transient operation)은 기능 불량(malfunction), 부하변동시험 등 정상상태가 아닌 플랜트 상태를 의미한다. 과도 상태 연산에서의 모델 충실도는 모델 정확도보다는 과도 상태에서의 시뮬레이터 데이터의 응동 방향과 기준 발전소에서의 데이터 응동 방향과의 일치 여부, 기준 발전소에서의 해당 알람 발생 여부, 해당 동작 발생 여부, 과도 응답 시간의 기준 발전소 응답 시간의 20% 이내 여부 등을 체크하여 성능을 판단한다.

과도 상태 연산(transient operation)에서의 충실도 기준은 정상 상태 연산(steady-state operation)에서의 충실도 기준과 달리 기준 발전소 데이터에 대한 시뮬레이터 데이터의 정확도에 대한 명확한 기준은 없는 실정이다. 따라서 인수시험을 통과하더라도 부하 변동시험과 같은 과도 상태 연산에서 정상 상태에 도달하면 모델 정확도에 문제가 없으나, 과도 상태에서는 기준 모델보다 큰 편차가 발생하는 경우가 있다. 이 경우는 기존의 충실도 기준을 만족하지만 실제 기준 데이터에 대한 편차가 발생하여 시뮬레이터 충실도를 제고할 필요가 있다.

또한 정상 상태 연산과 과도 상태 연산 모델 충실도 기준은 공정 데이터만 고려할 뿐 제어기 출력인 구동기 디맨드는 비교하지 않고 있다. 구동기 디맨드를 고려하지 않음으로 인해 밸브 등 구동기 모델의 충실도도 체크할 수 없을 뿐만 아니라 운전훈련용과 제어 검증용으로 시뮬레이터를 활용하는데 있어서도 발전소 실제 상황을 모사하는데 어려움이 있다.

또한, 발전소 현장 설비의 개조나 경년 열화에 따른 특성 변화에 대응하여 시뮬레이터 모델을 갱신, 시뮬레이터 모델 충실도를 계속 관리할 필요가 있으나, 발전소 현장 변화에 적절하게 대응하지 못하고 있는 실정이다.

한국공개특허 제10-2000-0123456호

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 발전소 운전 데이터를 실시간으로 연계하여 시뮬레이터 충실도를 감시할 수 있는 발전소 시뮬레이터를 제공한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 발전소 시뮬레이터는, 발전소 현장을 모의로 구현하는 공정 모델부, 발전소 제어부를 모의로 구현하는 제어 모델부, 발전소 제어부로부터 출력되는 구동기 디맨드를 시뮬레이터에서 선택적으로 사용하도록 선별하는 시뮬레이터 구동기 선택부, 공정 모델부의 계산값과 발전소 제어부로부터의 실제 운전 데이터를 비교하여 시뮬레이션된 모델 충실도를 판별하는 모델 충실도 판별부, 모델 충실도의 판별에 요구되는 발전소의 상태가 정상 및 과도 중 어느 하나의 상태인지 정보를 제공하는 상태 판별부, 발전소 제어부의 발전소 운전 데이터를 저장하고 저장된 데이터를 이력 데이터로 출력하는 운전 데이터 데이터 베이스, 발전소 제어부로부터 실시간으로 입력받는 데이터와 이력 데이터 중 하나로 발전소 운전 데이터의 구동기 디맨드를 선택하는 플랜트 구동기 선택부 및 발전소 제어부로부터 실시간으로 입력받는 데이터와 이력 데이터 중 하나로 발전소 운전 공정 데이터를 선택하는 플랜트 공정값 선택부를 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 모델 충실도의 판별 결과에 따라 미리 설정된 기준 충실도 미만일 경우 판별 결과를 통보하여 경고를 표시하는 경고 표시부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에서, 모델 충실도 판별부는 발전소의 정상 상태에서 모델 충실도에 반영할 파라미터 N개(여기서 N은 자연수)를 정의하고, N개의 파라미터에 대해 중요도에 따라 충실도 기준을 각각 정의하고, 실제 운전되고 있는 플랜트 공정값과 시뮬레이터의 계산에 의한 시뮬레이터 공정값을 이용하여 충실도를 계산하고, 계산된 충실도 값이 충실도 기준값 범주 안에 들어오는지를 판단하여 모델 충실도를 판별할 수 있다.

본 발명의 일 측면에서, 모델 충실도 판별부는 발전소의 과도 상태에서 모델 충실도에 반영할 파라미터 M개(여기서 M은 자연수)를 정의하고, 정상상태까지 도달하는데 걸리는 시간인 정정시간에 대한 충실도, 파라미터 응동방향, 과도상태에서의 파라미터 최대값과 최소값에 대한 충실도 기준값을 각각 정의하고, 과도상태에서 발전소의 운전 데이터가 정상상태에 도달할 때까지 기다렸다가 정의한 파라미터에 대한 정정시간, 응동방향, 과도상태에서의 최대값과 최소값을 산출하고, 발전소의 해당 데이터와 시뮬레이터의 해당 데이터를 비교하여 모델 충실도를 판별할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 발전소 시뮬레이터는 실제 운전 온라인 데이터를 이용하여 판별할 수 있게 됨으로써 플랜트의 경년 열화, 개조 등에 따른 플랜트의 특성 변화에 대응할 수 있다.

또한, 발전소 시뮬레이터는 구동기 디맨드 데이터를 시뮬레이터 공정 모델의 입력으로 활용함으로써 구동기의 충실도를 향상시킬 수 있다.

또한, 발전소 시뮬레이터는 과도 상태에서의 모델 충실도에 최대값과 최소값을 추가 반영함으로써 과도 상태에서 간과했던 정상 상태에서와 같은 모델 정확도 개념을 도입하여 모델 충실도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 발전소 시뮬레이터는 전력수요의 증가로 인해 신규 발전소 건설이 계속되고 있어 지속적으로 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 시뮬레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 충실도 판별부에서의 모델 충실도 판별 알고리즘을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전소 시뮬레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 시뮬레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 발전소 시뮬레이터(100)는 발전소 제어부(200)의 운전 데이터를 인터페이스부(300)를 통해 받아들여 시뮬레이터의 충실도를 판별한다. 여기서 발전소 시뮬레이터(100)는 발전소 제어부(200)로부터 실제 발전소에서 운전되고 있는 공정값(트랜스미터 값)과 제어기 출력(구동기 디맨드)을 가져올 수 있다. 따라서 발전소 시뮬레이터(100)는 과도 상태에서의 실제 데이터뿐만 아니라 기존 시뮬레이터 충실도에서 반영하지 않았던 구동기 디맨드 데이터를 이용할 수 있다. 또한, 발전소 시뮬레이터(100)는 플랜트 열화나 개조에 따른 플랜트 특성과 제어 로직 변화를 빠르게 반영할 수 있다.

이러한 발전소 시뮬레이터(100)는 발전소 현장을 모의로 구현하는 공정 모델부(110), 발전소 제어부를 모의로 구현하는 제어 모델부(120), 발전소 제어부(200)로부터의 구동기 디맨드(제어기 출력)를 시뮬레이터에서 시뮬레이터에서 선택적으로 사용하도록 선별하는 시뮬레이터 구동기 선택부(130), 시뮬레이터의 공정 모델에서의 계산값과 발전소 제어부(200)로부터의 실제 운전 데이터 등을 비교하여 모델의 충실도를 판별할 수 있는 모델 충실도 판별부(140), 모델 충실도를 판별하는데 있어서 정상상태인지 과도상태인지의 정보를 제공하는 상태 판별부(150), 모델 충실도의 판별 결과에 따라 미리 설정된 기준 충실도 미만일 경우 판별 결과를 통보하여 경고를 표시하는 경고 표시부(160), 발전소 제어부(200)의 운전 데이터를 저장하고, 이력 데이터를 활용하는 운전 데이터 데이터 베이스(170), 운전 데이터의 구동기 디맨드를 실시간 값을 이용할 것인지 이력 데이터를 이용할 것인지를 결정할 수 있는 플랜트 구동기 선택부(180), 및 운전 공정 데이터를 실시간 값을 이용할 것인지 이력 데이터를 이용할 것인지를 결정할 수 있게 하는 플랜트 공정값 선택부(190)를 포함한다.

여기서 제어 모델부(120)은 공정 모델부(110)로부터 공정값을 받아, 공정값을 이용한 제어 연산을 통해 구동기의 디맨드를 산출하고, 그 값을 공정 모델부(110)에 보내어 공정 모델의 밸브 등 구동기를 구동하여 공정값들을 제어한다.

모델 충실도 판별부(140)는 실제 운전되고 있는 플랜트 공정 값을 기준 값으로 하여 발전소 시뮬레이터의 계산 값의 모델 충실도를 계산할 수 있다. 여기서 모델 충실도는 정상 상태 연산과 과도 상태 연산으로 나눌 수 있는데, 상태 판별부(150)와 연동하여 도 2 내지 도 4와 같이 판별할 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 충실도 판별부에서의 모델 충실도 판별 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

모델 충실도 판별부(140)는 정상 상태에서는 모델 충실도에 반영할 파라미터 N개(여기서 N은 자연수)를 정의하고, N개의 파라미터에 대해 중요도에 따라 충실도 기준을 각각 정의하고, 실제 운전되고 있는 플랜트 공정값과 시뮬레이터의 계산에 의한 시뮬레이터 공정값을 이용하여 충실도를 계산하고, 계산된 충실도 값이 충실도 기준값 범주 안에 들어오는지를 판단하여 모델 충실도를 판별한다.

그리고 모델 충실도 판별부(140)는 과도 상태에서도 모델 충실도에 반영할 파라미터 M개(여기서 M은 자연수)를 정의하고, 정정시간(Settling time; 정상상태까지 도달하는데 걸리는 시간)에 대한 충실도 20%, 파라미터 응동방향, 과도상태에서의 파라미터 최대값과 최소값에 대한 충실도 기준값을 정의한다.

과도상태에서는 플랜트 데이터가 정상상태에 도달할 때까지 기다렸다가 정의한 파라미터에 대한 정정시간, 응동방향, 과도상태에서의 최대값과 최소값을 산출한다. 그리고 발전소 시뮬레이터(100)에서는 과도 상태에 연산에 해당하는 동작을 하도록 외부 조작 장치(미도시) 등을 통해 발전소 시뮬레이터(100)를 조작하여 플랜트 데이터와 마찬가지로 정상 상태에 도달할 때까지 기다렸다가 정의한 파라미터에 대한 정정시간, 응동방향, 과도상태에서의 최대값과 최소값을 산출한다. 모델 충실도 판별부(140)는 플랜트의 해당 데이터와 시뮬레이터의 해당 데이터를 비교하여 모델 충실도를 판별한다.

정상 상태 연산과 과도 상태 연산 여부는 상태 판별부(150)에서 결정하며, 정상상태/과도상태 판별은 수동 또는 자동으로 행해질 수 있다. 수동 모드 또는 자동 모드는 상태 판별 모드 선택 스위치(155)에 의해 결정되며, 수동 모드에서는 정상/과도상태 수동입력에 의해 정상 상태 연산인지 과도 상태 연산인지 결정될 수 있다. 자동 모드에서는 플랜트 공정값의 트렌드로부터 MW 설정치가 고정되어 있고, 주증기 압력이 ±1[㎏/㎠] 이내, 주증기 온도가 ±1[℃] 이내에서 1시간 이상 유지될 경우를 정상 상태 연산으로 판단할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 시뮬레이터 구동기 선택부(130)는 시뮬레이터 충실도를 판별하는데 있어서 공정값만 이용하는 것이 아니라 구동기 디맨드(MV: Manipulated Value)도 이용하여 실제 플랜트의 구동기 디맨드 값이 시뮬레이터의 구동기 디맨드로 작용하여 모델 충실도를 계산할 수 있게 한다. 시뮬레이터 제어 모델의 출력을 구동기 디맨드로 이용할지 플랜트 구동기 디맨드를 시뮬레이터 계산에서의 구동기 디맨드로 이용할지는 구동기 입력 선택 스위치(135)에 의해 결정된다.

운전 데이터 데이터 베이스(170)와 플랜트 구동기 선택부(180), 플랜트 공정값 선택부(190)는 실제 운전되고 있는 온라인 데이터뿐만 아니라 이력 데이터를 이용하여 모델 충실도를 판별할 수 있게끔 해준다. 플랜트 구동기 선택부(180)와 플랜트 공정값 선택부(190)는 온라인 또는 운전 데이터 데이터 베이스(170)에 의해 실시간 또는 이력 데이터를 모델 충실도 계산에 선택할 수 있게 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 시뮬레이터는 실제 운전 온라인 데이터를 이용하여 판별할 수 있게 됨으로써 플랜트의 경년 열화, 개조 등에 따른 플랜트의 특성 변화에 대응할 수 있다. 또한, 발전소 시뮬레이터는 구동기 디맨드 데이터를 시뮬레이터 공정 모델의 입력으로 활용함으로써 구동기의 충실도를 향상시킬 수 있다. 또한, 발전소 시뮬레이터는 과도 상태에서의 모델 충실도에 최대값과 최소값을 추가 반영함으로써 과도 상태에서 간과했던 정상 상태에서와 같은 모델 정확도 개념을 도입하여 모델 충실도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 발전소 시뮬레이터는 전력수요의 증가로 인해 신규 발전소 건설이 계속되고 있어 지속적으로 활용이 가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전소 시뮬레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발전소 시뮬레이터(100)는 과도 상태에서의 모델 충실도 계산 알고리즘을 활용하여 시뮬레이터의 모델 충실도를 높일 수 있다. 도 5에서는 실시간 데이터만 이용할 수 있도록 도 1의 시뮬레이터 구성도와 비교하여 일부 구성 요소를 제외한 발전소 시뮬레이터(100)를 나타낸다. 이러한 발전소 시뮬레이터(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 모델 충실도 계산 알고리즘을 이용하여 모델 충실도를 판별할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 발전소 시뮬레이터
110: 공정 모델부
120: 제어 모델부
130: 시뮬레이터 구동기 선택부
140: 모델 충실도 판별부
150: 상태 판별부
160: 경고 표시부
170: 운전 데이터 데이터 베이스
180: 플랜트 구동기 선택부
190: 플랜트 공정값 선택부
200: 발전소 제어부
300: 인터페이스부

Claims (4)

1. 발전소를 제어하는 발전소 제어부로부터 발전소 운전 데이터를 실시간으로 입력받아 시뮬레이터 충실도를 감시하는 발전소 시뮬레이터에 있어서,
   발전소 현장을 모의로 구현하는 공정 모델부;
   발전소 제어부를 모의로 구현하는 제어 모델부;
   발전소 제어부로부터 출력되는 구동기 디맨드를 시뮬레이터에서 선택적으로 사용하도록 선별하는 시뮬레이터 구동기 선택부;
   상기 공정 모델부의 계산값과 상기 발전소 제어부로부터의 실제 운전 데이터를 비교하여 시뮬레이션된 모델 충실도를 판별하는 모델 충실도 판별부;
   상기 모델 충실도의 판별에 요구되는 상기 발전소의 상태가 정상 및 과도 중 어느 하나의 상태인지 정보를 제공하는 상태 판별부;
   상기 발전소 제어부의 발전소 운전 데이터를 저장하고 저장된 데이터를 이력 데이터로 출력하는 운전 데이터 데이터 베이스;
   상기 발전소 제어부로부터 실시간으로 입력받는 데이터와 상기 이력 데이터 중 하나로 발전소 운전 데이터의 구동기 디맨드를 선택하는 플랜트 구동기 선택부; 및
   상기 발전소 제어부로부터 실시간으로 입력받는 데이터와 상기 이력 데이터 중 하나로 발전소 운전 공정 데이터를 선택하는 플랜트 공정값 선택부를 포함하는 발전소 시뮬레이터.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 모델 충실도의 판별 결과에 따라 미리 설정된 기준 충실도 미만일 경우 판별 결과를 통보하여 경고를 표시하는 경고 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이터.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 모델 충실도 판별부는
   발전소의 정상 상태에서 모델 충실도에 반영할 파라미터 N개(여기서 N은 자연수)를 정의하고,
   N개의 파라미터에 대해 중요도에 따라 충실도 기준을 각각 정의하고,
   실제 운전되고 있는 플랜트 공정값과 시뮬레이터의 계산에 의한 시뮬레이터 공정값을 이용하여 충실도를 계산하고,
   계산된 충실도 값이 충실도 기준값 범주 안에 들어오는지를 판단하여 모델 충실도를 판별하는 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이터.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 모델 충실도 판별부는
   발전소의 과도 상태에서 모델 충실도에 반영할 파라미터 M개(여기서 M은 자연수)를 정의하고,
   정상상태까지 도달하는데 걸리는 시간인 정정시간에 대한 충실도, 파라미터 응동방향, 과도상태에서의 파라미터 최대값과 최소값에 대한 충실도 기준값을 각각 정의하고,
   과도상태에서 발전소의 운전 데이터가 정상상태에 도달할 때까지 기다렸다가 정의한 파라미터에 대한 정정시간, 응동방향, 과도상태에서의 최대값과 최소값을 산출하고,
   발전소의 해당 데이터와 시뮬레이터의 해당 데이터를 비교하여 모델 충실도를 판별하는 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이터.

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