KR20130122853A - 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템 및 그 방법 - Google Patents

원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20130122853A KR1020120045944A KR20120045944A KR20130122853A KR 20130122853 A KR20130122853 A KR 20130122853A KR 1020120045944 A KR1020120045944 A KR 1020120045944A KR 20120045944 A KR20120045944 A KR 20120045944A KR 20130122853 A KR20130122853 A KR 20130122853A
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Abstract

본 발명은 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 원자력발전소의 중대사고 해석용으로 보편적으로 사용되고 있는 코드인 MAAP5TM를 이용하여, 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터에서 모의 대상 원자력발전소에 대한 실시간 중대사고 모의를 할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 참조 원자력발전소의 모든 계통을 모의하도록 구동되어, 대상 원자력발전소에 모의를 위한 동적인 값을 제공하는 시뮬레이터 서버; 중대사고 해석코드의 전역 변수들의 정보를 추출하여 데이터베이스를 구축하는 데이터베이스 구축부; 중대사고 해석코드의 전역 변수들에 대한 정보를 저장하고 있는 전역 데이터베이스부; 실시간 중대사고 모의를 수행하는 모의 실행부; 및 상기 전역 데이터베이스부에 등록된 모든 전역 변수들의 현재값을 저장하는 전역 메모리부; 를 포함한다.

Description

원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING REALTIME SEVERE ACCIDENT PHENOMENA FOR TRAINING SIMULATOR OF THE NUCLEAR POWER PLANT}
본 발명은 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모의대상 원자력발전소의 중대사고 현상을 운전원들에게 실시간으로 모의할 수 있는 MAAP5TM 해석용 코드 기반 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
원자력발전소 중대사고 현상 모의와 관련해서는, 중수로원전 중대사고해석 전산코드 개선 및 사고관리지침서 개발(이하, '선행문헌') 이외에 다수 공개되어 있다.
이때, 선행문헌과 같은 종래의 원자력발전소 중대사고 현상을 모의하기 위한 방법으로는 실시간으로 모의하는 방식이 아닌, 중대사고 대상 원자력발전소에의 구성 시스템 정보 입력 파일과 사고 시나리오를 미리 생성하여, MAAP5TM 코드를 Off-line 상으로 실행함으로 얻은 결과 파일에서 결과들을 유출하여, 중대사고를 분석하는 방식이다.
이러한 방식의 중대사고 모의는, 사용자가 미리 지정된 사고 시나리오대로 사고 경위가 진행되어지고, Off-line MAAP5TM 코드의 실행 중에는 미리 선언된 사용자 개입(User Interaction) 이외의 사용자 개입은 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 통상적으로 원자력발전소를 해석하는 코드들은 원자력발전소의 모의계통을 구성 시스템 정보입력 파일에서 미리 지정하고, 이와 연계된 계통에서의 입력값은 항상 상수 혹은 미리 지정된 조건값들로 제한되어져 분석이 이루어지고 있어, 실제 발전소와 같은 연계된 계통의 상태에 따른 동적인 값을 전달받지 못하는 문제점이 존재한다.
최근 발생한 일본 후쿠시마 원자력발전소 중대사고로 현재 국내 원자력발전소에 대해서도 시뮬레이터를 이용한 중대사고 훈련에 대한 욕구가 증대되고 있다. 하지만, 기존의 MAAP5TM 코드의 Off-line 해석방법으로는 실시간으로 중대사고 현상으로 모의하는 것이 불가능하고, 연계계통의 동적인 값들을 전달받거나, 운전원의 동적인 개입을 받을 수 없는 등 중대사고 현상에 대한 실시간 운전원 훈련에 현실적으로 많은 어려움이 존재한다.
한국원자력연구원 연구보고서 2005(선행문헌의 명칭: 중수로원전 중대사고해석 전산코드 개선 및 사고관리지침서 개발).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 원자력발전소의 중대사고 해석용으로 보편적으로 사용되고 있는 코드인 MAAP5TM를 이용하여, 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터에서 모의 대상 원자력발전소에 대한 실시간 중대사고 모의를 할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템에 관한 것으로서, 참조 원자력발전소의 모든 계통을 모의하도록 구동되어, 대상 원자력발전소에 모의를 위한 동적인 값을 제공하는 시뮬레이터 서버; 중대사고 해석코드의 전역 변수들의 정보를 추출하여 데이터베이스를 구축하는 데이터베이스 구축부; 중대사고 해석코드의 전역 변수들에 대한 정보를 저장하고 있는 전역 데이터베이스부; 실시간 중대사고 모의를 수행하는 모의 실행부; 및 상기 전역 데이터베이스부에 등록된 모든 전역 변수들의 현재값을 저장하는 전역 메모리부; 를 포함한다.
한편, 본 발명은 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법에 관한 것으로서, (a) 데이터베이스 구축부가 중대사고 해석코드의 전역 변수들의 정보를 추출하여 데이터베이스를 구축하는 과정; 및 (b) 모의 실행부가 실시간 중대사고 모의를 수행하는 과정; 을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기존방식인 중대사고 사고 시나리오에 의한 미리 설정된 발전소 기기 동작에 의한 중대사고 진행이 아니라, 운전원이 임의의 시간에 발전소 기기 동작을 작동할 수 있게 함으로, 모든 범위의 가상 중대사고 경로 시험을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 기존 Off-line 수행방식의 한계인 연계 계통에서의 입력값들이 상수 혹은 미리 정해진 조건값 입력이 아닌, 시뮬레이터 서버에서 동작되는 타 계통 모델에서 제공되는 동적인 값을 전달받음으로써, 참조 원자력발전소의 중대사고시 나타나는 자연현상과 거의 같은 발전소 거동을 모의할 수 있는 효과도 있다.
또한 본 발명에 따르면, 기존 Off-line 수행방식은 컴퓨터 성능에 따라 중대사고 모의 실행시간이 차이가 나는데 반해, 시뮬레이터 서버의 실시간 단위시간(one-time step) 진행 방식에 의거하여, RSAS-5의 동작이 실시간으로 진행이 되어, 참조 원자력발전소의 중대사고 진행을 실시간으로 제어 또는 감시할 수 있어, 실제감 있는 훈련효과에 극대화를 줄 수 있는 효과도 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 중대사고 해석용 코드인 MAAP5TM 코드를 바탕으로, 모의대상 원자력발전소의 중대사고 현상을 운전원들에게 실시간으로 모의해줌으로써, 중대사고시 비상대응 및 사고 방지 능력 향상을 도모할 수 있는 효과도 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템에 관한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 전역 데이터데이스부 및 전역 메모리부에 저장된 정보들을 보이는 일예시도.
도 3 는 본 발명에 따른 MAAP5TM 코드의 구성 원시 프로그램 소스파일들을 변경하는 모습을 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법에 관한 전체 흐름도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템에 관하여 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템(S)에 관한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 시뮬레이터 서버(100), 데이터베이스 구축부(200), 전역 데이터베이스부(300), 모의 실행부(400) 및 전역 메모리부(500)를 포함하여 이루어진다.
시뮬레이터 서버(100)는 중대사고 모의 대상 원자력발전소의 시뮬레이터가 장착되어 있다.
구체적으로, 시뮬레이터 서버(100)는 참조 원자력발전소의 모든 계통을 모의하는 동적모델 및 논리모델들이 실시간/초실시간으로 구동되어, 대상 원자력발전소의 반응과 유사한 반응을 모의해주는 기능을 수행한다.
즉, 참조 원자력발전소의 모든 계통을 모의하도록 구동되어, 대상 원자력발전소에 모의를 위한 동적인 값을 제공한다. 바람직하게는, 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 신호를 생성하여 모의 실행부(400)로 전송한다.
이에 따라, 참조 원자력발전소의 중대사고 시 나타나는 자연현상과 거의 동일한 발전소 거동을 모의할 수 있다.
데이터베이스 구축부(200)는 원자력발전소의 중대사고 해석용으로 사용되는 해석코드(MAAP5TM 코드)의 전역 변수들의 정보를 추출하여 데이터베이스를 구축하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 등록모듈(210) 및 실행파일 생성모듈(220)을 포함한다.
구체적으로, 등록모듈(210)은 MAAP5TM 코드의 구성 원시파일들로부터, 전역 변수 또는 힙(Heap) 변수들로 정의된 변수들을 추출하여, 도 2 의 _VAR 구조체(10)와 같은 형태의 데이터로 변형하여 전역 데이터베이스부(300)에 등록한다.
실행파일 생성모듈(220)은 상기 전역 데이터베이스부(300)에 등록된 변수정보들을 바탕으로, 도 3 에 도시된 바와 같이 MAAP5TM 코드의 구성 원시 프로그램 소스파일들을 변경하여 모의 실행파일(RSAS-5)을 생성한다.
전역 데이터베이스부(300)는 MAAP5TM 코드의 전역 변수들에 대한 정보를 저장하고 있다.
구체적으로, 전역 데이터베이스부(300)는 상기 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 데이터베이스 구축부(200)를 통해 등록된 모든 전역 변수들의 _VAR 구조체(10) 정보들을 저장하고 있다.
이때, _VAR 구조체(10) 정보들의 각 필드의 설명은 다음과 같다.
- name : 해당 MAAP5TM 전역 변수명
- nType : 해당 변수의 형태(int, float, char 등)
- nGroup : 전역 변수인지 Local 변수인지, Heap 변수인지를 구분하는 필드
- nDim : 해당 변수의 차원
- dims : 각 차원으로 정의된 숫자
- nOffset : 현재 상태값 저장을 위한 전역 메모리부(500)에서 할당받은 Offset 번지 저장
모의 실행부(400)(Realtime Severe Accident Solver: RSAS-5)는 대상 원자력발전소에 대한 실시간 중대사고 모의를 수행하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 설정모듈(410), 진행 판단모듈(420) 및 연계변수값 출력모듈(430)을 포함한다.
구체적으로, 설정모듈(410)은 상기 데이터베이스 구축부(200)를 통해 생성된 모의 실행파일(RSAS-5)을 기동하고, 중대사고 현상을 모의하기 위한 발전소 정보들을 초기화 설정한다.
진행 판단모듈(420)은 상기 시뮬레이터 서버(100)로부터 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 여부에 관한 신호를 수신하여, 진행 신호("GO")인지 여부를 판단한다.
판단결과, 진행 신호일 경우, 연계변수값 출력모듈(430)은 타 계통 모델에서 계산되는 연계변수들의 현재값을 입력받아, 중대사고 현상을 계산하고, 타 계통 모델로의 송신을 위한 연계변수값을 출력하며, 다음 단위시간 진행을 대기한다.
한편, 판단결과, 종료 신호("STOP")일 경우, 연계변수값 출력모듈(430)은 프로세스를 종료한다.
전역 메모리부(500)는 상기 전역 데이터베이스부(300)에 등록된 모든 전역 변수들의 현재값을 저장한다.
구체적으로, 전역 메모리부(500)는 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 모의 실행 중 계산되어지는 모든 변수들의 현재값을 해당 offset 번지 공간에 저장되게 한다.
이하에서는, 상술한 시스템을 이용한 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법에 관하여 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4 는 본 발명에 따른 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 데이터베이스 구축부(200)의 등록모듈(210)은 해석코드(MAAP5TM 코드)의 구성 원시파일들로부터, 전역 변수 또는 힙(Heap) 변수들로 정의된 변수들을 추출하여(S10), _VAR 구조체(10)와 같은 형태의 데이터로 변형하여 전역 데이터베이스부(300)에 등록한다(S20).
또한, 데이터베이스 구축부(200)의 실행파일 생성모듈(220)은 상기 전역 데이터베이스부(300)에 등록된 변수정보들을 바탕으로, MAAP5TM 코드의 구성 원시 프로그램 소스파일들을 변경하여(S30), 모의 실행파일(RSAS-5)을 생성한다(S40).
뒤이어, 모의 실행부(400)(Realtime Severe Accident Solver: RSAS-5)의 설정모듈(410)은 상기 데이터베이스 구축부(200)를 통해 생성된 모의 실행파일(RSAS-5)을 기동하고, 중대사고 현상을 모의하기 위한 발전소 정보들을 초기화 설정한다(S50).
또한, 모의 실행부(400)의 진행 판단모듈(420)은 상기 시뮬레이터 서버(100)로부터 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 여부에 관한 신호를 수신하여, 진행 신호("GO")인지 여부를 판단한다(S60).
제S60 단계의 판단결과, 진행 신호일 경우, 모의 실행부(400)의 연계변수값 출력모듈(430)은 타 계통 모델에서 계산되는 연계변수들의 현재값을 입력받아, 중대사고 현상을 계산하고(S70), 타 계통 모델로의 송신을 위한 연계변수값을 출력하며(S80), 제S60 단계로 절차를 이행함으로써 다음 단위시간 진행을 대기한다.
한편, 제S60 단계의 판단결과, 종료 신호("STOP")일 경우, 모의 실행부(400)의 연계변수값 출력모듈(430)은 프로세스를 종료한다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
S: 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템
100: 시뮬레이터 서버 200: 데이터베이스 구축부
210: 등록모듈 220: 실행파일 생성모듈
300: 전역 데이터베이스부 400: 모의 실행부
410: 설정모듈 420: 진행 판단모듈
430: 연계변수값 출력모듈 500: 전역 메모리부

Claims (13)

  1. 참조 원자력발전소의 모든 계통을 모의하도록 구동되어, 대상 원자력발전소에 모의를 위한 동적인 값을 제공하는 시뮬레이터 서버;
    중대사고 해석코드의 전역 변수들의 정보를 추출하여 데이터베이스를 구축하는 데이터베이스 구축부;
    중대사고 해석코드의 전역 변수들에 대한 정보를 저장하고 있는 전역 데이터베이스부;
    실시간 중대사고 모의를 수행하는 모의 실행부; 및
    상기 전역 데이터베이스부에 등록된 모든 전역 변수들의 현재값을 저장하는 전역 메모리부; 를 포함하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동적인 값은, 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 신호를 포함하되, 상기 시뮬레이터 서버는, 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 신호를 생성하여 모의 실행부로 전송하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 해석코드는,
    MAAP5TM 코드인 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터베이스 구축부는,
    상기 해석코드의 구성 원시파일들로부터, 전역 변수 또는 힙(Heap) 변수들로 정의된 변수들을 추출하여, _VAR 구조체 형태의 데이터로 변형하여 전역 데이터베이스부에 등록하는 등록모듈; 및
    상기 전역 데이터베이스부에 등록된 변수정보들을 바탕으로, 해석코드의 구성 원시 프로그램 소스파일들을 변경하여 모의 실행파일을 생성하는 실행파일 생성모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전역 데이터베이스부는,
    상기 데이터베이스 구축부를 통해 등록된 모든 전역 변수들의 _VAR 구조체 정보들을 저장하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 _VAR 구조체 정보는,
    해당 코드의 전역 변수명(name), 해당변수의 형태(nType), 변수 구분 필드(nGroup), 해당 변수의 차원(nDim), 각 차원으로 정의된 숫자(dims) 및 현재 상태값 저장을 위한 전역 메모리부에서 할당받은 Offset 번지 저장(nOffset) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모의 실행부는,
    상기 데이터베이스 구축부를 통해 생성된 모의 실행파일을 기동하고, 중대사고 현상을 모의하기 위한 발전소 정보들을 초기화 설정하는 설정모듈;
    상기 시뮬레이터 서버로부터 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 여부에 관한 신호를 수신하여, 진행 신호 인지 여부를 판단하는 진행 판단모듈; 및
    진행 신호일 경우, 타 계통 모델에서 계산되는 연계변수들의 현재값을 입력받아, 중대사고 현상을 계산하고, 타 계통 모델로의 송신을 위한 연계변수값을 출력하는 연계변수값 출력모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전역 메모리부는,
    모의 실행 중 계산되어지는 모든 변수들의 현재값을 해당 offset 번지 공간에 저장하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 시스템.
  9. (a) 데이터베이스 구축부가 중대사고 해석코드의 전역 변수들의 정보를 추출하여 데이터베이스를 구축하는 과정; 및
    (b) 모의 실행부가 실시간 중대사고 모의를 수행하는 과정; 을 포함하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (a) 과정은,
    (a-1) 상기 데이터베이스 구축부가 해석코드의 구성 원시파일들로부터, 전역 변수 또는 힙(Heap) 변수들로 정의된 변수들을 추출하여, _VAR 구조체 형태의 데이터로 변형하여 전역 데이터베이스부에 등록하는 단계; 및
    (a-2) 상기 데이터베이스 구축부가 상기 전역 데이터베이스부에 등록된 변수정보들을 바탕으로 해석코드의 구성 원시 프로그램 소스파일들을 변경하여, 모의 실행파일을 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 (b) 과정은,
    (b-1) 상기 모의 실행부가 상기 데이터베이스 구축부를 통해 생성된 모의 실행파일을 기동하고, 중대사고 현상을 모의하기 위한 발전소 정보들을 초기화 설정하는 단계;
    (b-2) 상기 모의 실행부가 시뮬레이터 서버로부터 실시간 단위시간(one-time step) 진행 또는 종료 여부에 관한 신호를 수신하여, 진행 신호인지 여부를 판단하는 단계;
    (b-3) 상기 (b-2) 단계의 판단결과, 진행 신호일 경우, 상기 모의 실행부가 타 계통 모델에서 계산되는 연계변수들의 현재값을 입력받아 중대사고 현상을 계산하는 단계; 및
    (b-4) 상기 모의 실행부가 타 계통 모델로의 송신을 위한 연계변수값을 출력하고, 상기 (b-2) 단계로 절차를 이행함으로써 다음 단위시간 진행을 대기하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 해석코드는,
    MAAP5TM 코드인 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 _VAR 구조체 정보는,
    해당 코드의 전역 변수명(name), 해당변수의 형태(nType), 변수 구분 필드(nGroup), 해당 변수의 차원(nDim), 각 차원으로 정의된 숫자(dims) 및 현재 상태값 저장을 위한 전역 메모리부에서 할당받은 Offset 번지 저장(nOffset) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 훈련용 시뮬레이터의 실시간 중대사고 모의 방법.
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