KR102558632B1 - 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템은 발전소의 운전 시 발생되는 데이터를 입력받는 마스터 노드, 마스터 노드와 연계되어 발전소의 상태 및 운전 관련 정보를 제공하는 시뮬레이터 및 시뮬레이터에 연계되며 시뮬레이터로부터 제공된 정보에 따라 발전소의 모의 상황을 생성 및 모의 상황에 대한 대응 정보를 입력받는 가상화 플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템{SIMULATION SYSTEM OF POWER PLANT FOR APPLYING VIRTUALIZATION TECHNIQUE}
본 발명은 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 발전소의 MMIS를 가상으로 구현하여 발전소의 MMIS를 수행할 수 있는 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 관한 것이다.
발전소는 다양한 에너지원을 이용하여 전기를 생산하는 시설이다. 예를 들어, 수력을 이용하는 수력 발전소, 조력을 이용하는 조력 발전소, 풍력을 이용하는 풍력 발전소, 석탄 등의 화석 에너지를 이용하는 화력 발전소 및 핵 반응에 의한 에너지를 이용하는 원자력 발전소와 같이 다양한 에너지원으로부터 전기를 생산하는 발전소가 있다.
여기서, 원자력 발전소는 다른 발전소들 대비 상대적으로 많은 전기를 생산하는 설비로써, 핵 연료의 핵 반응에 의해 상술한 바와 같이 전기를 생산한다. 원자력 발전소는 크게 핵 반응이 일어나는 원자로 및 증기를 발생하여 터빈에 제공하는 증기발생기를 포함한다. 이러한 원자력 발전소는 상대적으로 많은 전기를 생산할 수 있지만, 핵 연료의 사용에 따른 방사능 노출 등의 위험성이 존재하기 때문에 운영에 대해 면밀한 모니터링이 필요하다.
대다수의 발전소에는 인간-기계연계계통으로 불리는 MMIS(Man-Machine Interface System)가 사용된다. 최신 MMIS는 디지털 기반으로 발전소의 상태 감시 및 제어, 보호 등을 담당하도록 사용된다. 상세하게 MMIS는 계측제어(instrumentation and Control)와 주제어실 MMI(man-machine interface) 및 인간공학을 포괄하는 개념이다. MMIS는 발전소의 두뇌와 신경망에 해당되는 계통으로 발전소의 운전 상태를 감시 및 제어하고, 이상 상태가 발생하였을 때 발전소를 안전하게 운영하도록 하는 보호 기능을 수행한다.
한편, 최신 원자력 발전소에 사용되는 MMIS는 컴퓨터와 네트워크 기반의 시스템으로 구성되어 운영되고 있어 고장 분석, 설계 변경 및 대체품 검증 등의 많은 어려움이 있다. 예를 들면, MMIS는 원자력 발전소의 운영 시 다양한 변수에 따른 검증이 필요하다.
그런데, MMIS는 최근 원자력 발전소의 운영 시 중요한 부분을 차지하고 있지만, MMIS에 대한 교육 및 실습을 위한 종합적인 장비가 없어 원자력 발전소의 운영 요원에게 필수적인 계통 단위의 부분적인 교육 훈련 한계가 있다. 이에, 원자력 발전소의 운영 요원이 교육 및 실습할 수 있는 가상화된 MMIS에 대한 개발이 필요성이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1972269호: 원자력 발전소의 정비인력 훈련용 시뮬레이터
본 발명의 목적은 발전소의 운영 및 정비 요원의 교육 및 실습을 위해 실제 발전소 MMIS의 하드웨어 플랫폼과 소프트웨어 로직 및 네트워크를 실물과 동일하게 구현할 수 있는 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 발전소의 운전 시 발생되는 데이터를 입력받는 마스터 노드와, 상기 마스터 노드와 연계되어 발전소의 상태 및 운전 관련 정보를 제공하는 시뮬레이터와, 상기 시뮬레이터에 연계되며 상기 시뮬레이터로부터 제공된 정보에 따라 발전소의 모의 상황을 생성 및 상기 모의 상황에 대한 대응 정보를 입력받는 가상화 플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 의해 이루어진다.
상기 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템은 실제 발전소의 상태 감시, 제어 및 보호를 수행하는 발전소 MMIS(Man-Machine Interface System)을 더 포함하고, 상기 가상화 플랫폼은 상기 발전소 MMIS와 연계되어, 상기 가상화 플랫폼에서 수정되는 상기 모의 상황 및 상기 대응 정보에 대한 동작 테스트를 상기 발전소 MMIS에서 실행할 수 있다.
상기 가상화 플랫폼은 상기 발전소 MMIS와 연계되어 상기 모의 상황 및 상기 대응 정보에 대한 동작 테스트를 상기 발전소 MMIS에서 실행시키는 가상화 MMIS을 포함할 수 있다.
상기 가상화 MMIS는 상기 발전소 MMIS와 동일한 안전 계통, 비안전 계통, 정보 처리망, 네트워크, 서버 및 I/O를 포함하고, 상기 안전 계통 및 비안전 계통은 상기 가상화 MMIS에 가상의 하드웨어 플랫폼으로 구현될 수 있다.
상기 시뮬레이터는 상기 가상화 플랫폼에 발전소의 초기 상태 및 동적 거동 특성을 제공할 수 있다.
상기 마스터 노드는 상기 가상화 플랫폼에 발전소 정보(PI: plant information)를 제공하고, 상기 마스터 노드는 상기 발전소 정보를 실시간으로 수집 및 저장하며 상기 가상화 MMIS에서 필요한 상기 발전소 정보를 가공 및 변환하여 상기 가상화 MMIS에 제공할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템의 효과는 다음과 같다.
첫째, 발전소 현장의 설비와 동일하게 운영, 관리와 정비가 가능하도록 발전소의 하드웨어를 동일하게 모사하여 구현한 가상화 플랫폼을 이용하여 실제 발전소에서 수행하기 어려운 모의 고장 등과 같은 모의 상황을 생성하고 모의 상황에 대한 대응을 통해 발전소 MMIS의 교육 및 실습 진행과 함께 발전소 계통 단위의 부분적인 교육 훈련이 가능하여 발전소의 운영 효율을 향상할 수 있다.
둘째, 가상화 MMIS와 실제 발전소 MMIS를 연계하여 가상화 MMIS에서 수정된 사항이나 개발된 내용을 발전소 MMIS에 동작 테스트를 진행하여 작동 신뢰성을 확인할 수 있다.
셋째, 시뮬레이터를 통해 가상화 플랫폼에서 구동하는 가상화 MMIS에 발전소의 동적 거동 상태를 제공하여 발전소 MMIS 계통의 정상적 및 비정상적인 상황의 환경을 제공하여 발전소 설비에 대한 정비 및 운전 교육 효율을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템의 구성 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 가상화 MMIS의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 대한 제 1작동 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 대한 제 2작동 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템은 이하에서 원자력 발전소에 적용되는 것으로 기재되어 있으나, 이에 한정되지 않고 발전소의 MMIS가 사용될 수 있는 다양한 발전소에 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템의 구성 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가상화 MMIS의 상세 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템(1)은 마스터 노드(10), 시뮬레이터(30) 및 가상화 플랫폼(50)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템(1)은 발전소 MMIS(Man-Machine Interface System)(70)를 더 포함한다.
마스터 노드(10)는 발전소의 운전 시 발생되는 데이터를 입력받는다. 마스터 노드(10)는 가상화 플랫폼(50)에 발전소 정보(PI: plant information)를 제공한다. 구체적으로 마스터 노드(10)는 발전소 정보를 실시간으로 수집 및 저장하며 후술할 가상화 플랫폼(50)의 가상화 MMIS(500)에서 필요한 발전소 정보를 가공 및 변환하여 가상화 MMIS(500)에 제공한다.
시뮬레이터(30)는 마스터 노드(10)와 연계되어 발전소의 상태 및 운전 관련 정보를 제공한다. 시뮬레이터(30)는 본 발명의 일 실시 예로서, APR 1400 FSS(full scope simulator)에서 실제의 발전소 MMIS(70)를 제외한 모든 기능을 데스크탑 수준의 컴퓨터에 구현된다. 시뮬레이터(30)는 가상화 플랫폼(50)에 발전소의 초기 상태 및 동적 거동의 특성을 제공하고 마스터 노드(10)와 연계하여 발전소 정보를 통합 제공한다.
다음으로 가상화 플랫폼(50)은 시뮬레이터(30)에 연계된다. 가상화 플랫폼(50)은 시뮬레이터(30)로부터 제공된 정보에 따라 발전소의 모의 상황을 생성 및 모의 상황에 대한 대응 정보를 입력받는다. 본 발명의 일 실시 예로서, 가상화 플랫폼(50)은 실제 발전소의 하드웨어를 동일하게 모사하여 구현하고 동일한 소트프웨어를 탑재한다. 즉, 가상화 플랫폼(50)은 실제 발전소의 하드웨어와 동일하게 모사하여 구현 및 동일한 소프트웨어를 탑재함에 따라 발전소 현장의 설비와 동일한 운영, 관리, 정비가 가능하도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예로서 가상화 플랫폼(50)은 실제 발전소에서 사용되는 발전소 MMIS(70)와 연계된다. 가상화 플랫폼(50)은 발전소 MMIS(70)와 연계되어 가상화 플랫폼(50)에서 수정되는 모의 상황 및 대응 정보에 대한 동작 테스트를 발전소 MMIS(70)에서 실행한다. 즉, 가상화 플랫폼(50)이 발전소 MMIS(70)에 연계되어 모의 상항 및 대응 정보에 대한 동작 테스트를 수행함으로써, 가상화 플랫폼(50)의 작동 신뢰성을 확인할 수 있다.
가상화 플랫폼(50)은 가상화 MMIS(500)를 포함한다. 가상화 MMIS(500)는 발전소 MMIS(70)와 연계되어 모의 상황 및 대응 정보에 대한 동작 테스트를 발전소 MMIS(70)에서 실행시킨다. 가상화 MMIS(500)는 발전소 MMIS(70)와 동일한 안전 계통(510), 비안전 계통(530), 정보 처리망(540), 네트워크(560), 서버(570), I/O(590)를 포함한다. 여기서, 가상화 MMIS(500)의 안전 계통(510) 및 비안전 계통(530)은 가상의 하드웨어 플랫폼으로 구현된다. 그리고, 가상화 MMIS(500)의 네트워크(560)는 발전소 MMIS(70)의 네트워크를 구현하며 단위 또는 범위별 모의 상황 기능과 모니터링 기능이 있다. 가상화 MMIS(500)는 상술한 바와 같이 발전소 MMIS(70)와 연계될 수 있으며, 가상화 MMIS(500)에서 수정된 모의 상황이나 개발된 내용은 작동 신뢰성을 확인하기 위해 최종적으로 발전소 MMIS(70)에서 동작 테스트를 진행한다.
발전소 MMIS(70)는 실제 발전소의 상태 감시, 제어 및 보호를 수행한다. 즉, 발전소 MMIS(70)는 실제 발전소에서 사용하는 MMIS에 해당한다. 발전소 MMIS(70)는 가상화 MMIS(500)와 연계된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 발전소 MMIS(70)는 가상화 MMIS(500)와 병렬로 연계되어 동시에 운영되는 복합 운영 방식으로 사용된다. 또한, 가상화 MMIS(500)와 발전소 MMIS(70)에는 병렬 방식 이외에도 다양한 조합으로 복합 운영될 수 있다. 발전소 MMIS(70)는 가상화 MMIS(500)와 연계되어 가상화 MMIS(500)로부터 제공된 모의 상황 및 대응 정보에 대한 동작 테스트를 수행할 뿐만 아니라, 가상화 MMIS(500)에서 수정되는 모의 상황 및 대응 정보에 대한 동작 테스트도 수행한다. 발전소 MMIS(70)는 모의 상황에 따라 동작하고 대응 정보에 동작하여 가상화 MMIS(500)의 작동 신뢰성을 제공한다.
마지막으로 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 대한 제 1작동 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템에 대한 제 2작동 흐름도이다.
여기서, 도 3 및 도 4에서 설명되는 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템(1)은 가상화 MMIS(500)와 발전소 MMIS(70)의 연계 여부에 따라 차이가 있음을 미리 밝혀둔다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템(1)은 우선 가상화 플랫폼(50)에 발전소 정보를 제공한다(S10). S10 단계는 마스터 노드(10)를 통해 발전소 정보를 가상화 플랫폼(50)에 제공한다. 마스터 노드(10)를 통해 가상화 플랫폼(50)으로 제공되는 정보는 발전소의 운전 시 발생되는 데이터를 포함함과 함께 실시간으로 수집 및 저장된 데이터를 포함한다.
마스터 노드(10)를 통해 제공된 정보는 시뮬레이터(30)에 의해 가상화 플랫폼(50)으로 발전소의 초기 상태 및 동적 거동의 특성으로 제공된다(S30). S30 단계에서 시뮬레이터(30)는 마스터 노드(10)와 연계되어 가상화 플랫폼(50)에 발전소의 초기 상태 및 동적 거동 특성을 제공한다.
가상화 플랫폼(50)의 가상화 MMIS(500)는 마스터 노드(10) 및 시뮬레이터(30)와 연계되어 마스터 노드(10) 및 시뮬레이터(30)로부터 제공된 정보에 따라 발전소의 모의 상황 생성 및 대응 정보를 수신한다(S50). 가상화 플랫폼(50)의 가상화 MMIS(500)는 발전소의 운영 시 발생될 수 있는 고장 등의 모의 상황을 생성하고 모의 상황에 따른 훈련생의 대응 정보를 수신한다. 이러한 가상화 MMIS(500)에 의한 모의 상황을 생성하고 대응된 대응 정보를 수신하여 발전소의 운영에 대한 훈련을 진행할 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이 가상화 MMIS(500)와 발전소 MMIS(70)가 연계된 상태에서의 작동은 우선 도 3에 도시된 바와 같이 우선 가상화 플랫폼(50)에 발전소 정보를 제공한다(S100). 그리고, 마스터 노드(10)를 통해 제공된 정보는 시뮬레이터(30)에 의해 가상화 플랫폼(50)으로 발전소의 초기 상태 및 동적 거동의 특성으로 제공된다(S300).
한편, 도 4에 도시된 가상화 MMIS(500)와 발전소 MMIS(70)가 연계된 상태에서의 작동은 도 3에 도시된 작동과 달리 가상화 MMIS(500)와 발전소 MMIS(70)가 연결되어 모의 상황 및 대응 정보에 대한 동적 테스트를 실행한다(S500). S500 단계는 가상화 MMIS(500)에서 모의 상황 및 모의 상황에 대응된 대응 정보를 수신하였을 때 실제 발전소 MMIS(70)로 동적 테스트를 수행하여 가상화 MMIS(500)의 작동 신뢰성을 확인할 수 있는 단계이다. 이렇게 가상화 MMIS(500)에서의 가상화 작동을 연계된 발전소 MMIS(70)를 통해 동적 테스트를 실행함으로써 가상화 MMIS(500)를 통한 모의 상황에 대한 훈련이 정확하게 진행되는 지 확인할 수 있다.
이에, 발전소 현장의 설비와 동일하게 운영, 관리와 정비가 가능하도록 발전소의 하드웨어를 동일하게 모사하여 구현한 가상화 플랫폼을 이용하여 실제 발전소에서 수행하기 어려운 모의 고장 등과 같은 모의 상황을 생성하고 모의 상황에 대한 대응을 통해 발전소 MMIS의 교육 및 실습 진행과 함께 발전소 계통 단위의 부분적인 교육 훈련이 가능하여 발전소의 운영 효율을 향상할 수 있다.
또한, 가상화 MMIS와 실제 발전소 MMIS를 연계하여 가상화 MMIS에서 수정된 사항이나 개발된 내용을 발전소 MMIS에 동작 테스트를 진행하여 작동 신뢰성을 확인할 수 있다.
더불어, 시뮬레이터를 통해 가상화 플랫폼에서 구동하는 가상화 MMIS에 발전소의 동적 거동 상태를 제공하여 발전소 MMIS 계통의 정상적 및 비정상적인 상황의 환경을 제공하여 발전소 설비에 대한 정비 및 운전 교육 효율을 향상할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템
10: 마스터 노드 30: 시뮬레이터
50: 가상화 플랫폼 70: 발전소 MMIS
500: 가상화 MMIS

Claims (6)

  1. 발전소의 운전 시 발생되는 데이터를 입력받는 마스터 노드와;
    상기 마스터 노드와 연계되어, 발전소의 상태 및 운전 관련 정보를 제공하는 시뮬레이터와;
    상기 시뮬레이터에 연계되며, 상기 시뮬레이터로부터 제공된 정보에 따라 발전소의 모의 상황을 생성 및 상기 모의 상황에 대한 대응 정보를 입력받는 가상화 플랫폼과;
    실제 발전소의 상태 감시, 제어 및 보호를 수행하는 발전소 MMIS(Man-Machine Interface System)를 포함하고,
    상기 가상화 플랫폼은 상기 발전소 MMIS와 연계되어 상기 가상화 플랫폼에서 수정되는 상기 모의 상황 및 상기 대응 정보에 대한 동작 테스트를 상기 발전소 MMIS에서 실행하며,
    상기 가상화 플랫폼은 상기 발전소 MMIS와 연계되어 상기 모의 상황 및 상기 대응 정보에 대한 동작 테스트를 상기 발전소 MMIS에서 실행시키는 가상화 MMIS을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가상화 MMIS는 상기 발전소 MMIS와 동일한 안전 계통, 비안전 계통, 정보 처리망, 네트워크, 서버 및 I/O를 포함하고,
    상기 안전 계통 및 비안전 계통은 상기 가상화 MMIS에 가상의 하드웨어 플랫폼으로 구현되는 것을 특징으로 하는 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 시뮬레이터는 상기 가상화 플랫폼에 발전소의 초기 상태 및 동적 거동 특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 가상화 기술을 적용한 발전소의 모의 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 마스터 노드는 상기 가상화 플랫폼에 발전소 정보(PI: plant information)를 제공하고,
    상기 마스터 노드는 상기 발전소 정보를 실시간으로 수집 및 저장하며, 상기 가상화 MMIS에서 필요한 상기 발전소 정보를 가공 및 변환하여 상기 가상화 MMIS에 제공하는 것을 특징으로 하는 가상화 기술을 적용한 발전소 모의 시스템.
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