KR20230003784A

KR20230003784A - 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치

Info

Publication number: KR20230003784A
Application number: KR1020210085296A
Authority: KR
Inventors: 이주열; 이종범
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-01-06

Abstract

본 발명은 플랜트 정보(Plant Information) 시스템의 감시변수를 활용하여 발전소와 동일한 변수 값을 갖는 발전소 기동 초기 조건을 단시간에 생성하는 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 발전소 내에 설치되어 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 생성하는 플랜트 정보 시스템으로부터 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 불러와 발전소 기동 초기 조건들로 저장하는 초기 조건 생성부 및 상기 저장된 발전소 기동 초기 조건들을 이용하여 발전소 동작을 모사하는 시뮬레이터를 포함하고, 상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들은 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기발전소의 실제 운영 변수 값들인 것을 특징으로 한다.

Description

발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치 {Simulation apparatus using actual power plant operating variable values as initial conditions}

본 발명은 발전소 교육 훈련용 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교육 훈련용 시뮬레이션에 필요한 초기 조건을 실제 발전소 시스템에서 생성된 변수 값들을 사용하는 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.

발전소 시뮬레이터는 주로 안정적인 발전소 운영을 위해서 주로 발전소 건설 후 운전 요원 훈련용으로 개발되어 활용되어 왔으나 최근에는 발전소의 디지털 제어 시스템을 현장에 적용하기 전에 제어로직 시험, HMI시험, 기존 제어로직 개선 시험 등을 사전에 실시함으로써 현장에서의 시행착오를 줄이기 위한 테스트 베드로 이용된다.

발전소 시뮬레이터는 개발 대상이 되는 발전소의 설계 데이터(Isometric Drawings, Control Logic Diagram, Heat Balance etc.), 운전 및 운영 데이터(제어시스템 운전화면, 성능 데이터 등)에 기반하여 공정모델, 제어모델 및 운전원화면을 개발한다.

특히, 원자력발전소 시뮬레이터는 고도의 안전성과 정밀성을 바탕으로 운전원이 실제 상황과 동일한 환경에서 실습할 수 있도록 해주는 모의 훈련 장치로서, 발전소 운전원 운전능력 배양, 운전절차서 검증 및 개발, 제어기법 사전 점검 및 안전도 분석, 운전방법 개선 등을 가능케 하는 설비이다. 이와 더불어 시뮬레이터 강사조작반의 주요기능 중 하나인 외부환경변수를 설정할 수 있는 기능을 포함한다.

하지만 강사조작반의 외부환경변수 설정 기능은 사용자가 수동으로 입력하여 자연 현상에서 동시다발적으로 발생하는 변화들을 반영하는데 물리적으로 불가능하고 시뮬레이션 범위에 포함시킬 수 없는 실정이다.

또한, 일반적으로 강사조작반의 외부환경변수는 실제 발전소 설계 시 반영한 기준 데이터와 시뮬레이터가 개발되고 활용될 시기의 데이터가 불일치한 경우가 많으며 더욱이 실시간 변화하는 변수를 시뮬레이터에 반영하기 어려운 실정이다.

따라서, 발전소 기동 초기 조건과 운영 시 변화하는 조건을 실시간 연동시키며 시뮬레이션 하기는 어렵고 매번 사용자가 시뮬레이터에 해당 변수를 입력하는 것도 번거롭다.

또한, 통상적으로 발전소를 해석하는 코드들은 발전소의 모의계통을 구성 시스템 정보입력 파일에서 미리 지정하고, 이와 연계된 계통에서의 입력 값은 항상 상수 혹은 미리 지정된 조건 값들로 제한되어져 분석이 이루어지고 있어, 실제 발전소와 같은 연계된 계통의 상태에 따른 동적인 값을 전달받지 못하는 문제점이 존재한다.

또한, 발전소 시뮬레이터는 교육훈련의 다양성을 위해 여러 가지 초기 조건을 필요로 하며, 초기 조건의 생성은 훈련부 교수가 발전소와 동일한 운전 조작을 통해 생성하며, 이와 같은 생성 방법은 장시간 소요 및 교수의 직무 부하가 증가된다. 또한 교수의 운전 스킬 등에 따라 발전소와 변수 값들이 상이할 가능성도 존재한다.

대한민국 등록 특허 1715765 (플랜트 정보 관리 방법 및 시스템, 이승호) 미국 등록 특허 10204713 (Emergency decision-making assistance system , MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD.)

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 다양한 발전소 상황을 시뮬레이션하기 위한 정확한 초기 조건들을 발전소의 기존 시스템을 이용하여 단기간에 생성하여 입력할 수 있는 발전소 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 일 측면으로서, 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치는, 발전소 내에 설치되어 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 생성하는 플랜트 정보 시스템으로부터 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 불러와 발전소 기동 초기 조건들로 저장하는 초기 조건 생성부 및 상기 저장된 발전소 기동 초기 조건들을 이용하여 발전소 동작을 모사하는 시뮬레이터를 포함하고, 상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들은 특정 날짜 및 시간에 해당하는 발전소의 실제 운영 변수 값들인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초기 조건 생성부는 상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 발전소 운영 변수 값들 중 데이터 저장 범위를 구분하는 동작을 수행하는 것을 포함한다.

또한, 상기 데이터 저장 범위를 구분하는 동작은 상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 발전소 운영 변수 값들을 누적 필요 변수 값들과 누적 불필요 변수 값들로 구분하는 것을 포함한다.

또한, 상기 데이터 저장 범위를 구분하는 동작은 상기 누적 필요 변수 값들에 대해서 상기 특정 날짜 및 시간을 기준으로 이전의 특정 시간 영역 범위의 누적 변수 값들을 상기 플랜트 정보 시스템으로부터 자동으로 불러오는 것을 특징으로 한다.

아울러, 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 방법은, 발전소 내에 설치되어 발전소의 실제 운영 변수 값들을 생성하는 플랜트 정보 시스템으로부터 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 불러와 발전소 기동 초기 조건들로 저장하는 단계 및 상기 저장된 발전소 기동 초기 조건들을 이용하여 발전소 동작을 모사하는 시뮬레이션 단계를 포함하되, 상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들은 특정 날짜 및 시간에 해당하는 발전소의 실제 운영 변수 값들인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초기 조건으로 저장하는 단계는 상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 발전소 운영 변수 값들 중 데이터 저장 범위를 구분하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 데이터 저장 범위를 구분하는 단계는 상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 발전소 운영 변수 값들을 누적 필요 변수 값들과 누적 불필요 변수 값들로 구분하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 데이터 저장 범위를 구분하는 단계는 상기 누적 필요 변수 값들에 대해서 상기 특정 날짜 및 시간을 기준으로 이전의 특정 시간 영역 범위의 누적 변수 값들을 상기 플랜트 정보 시스템으로부터 자동으로 불러오는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 제안된 방법에 따르면, 단시간에 발전소와 동일한 변수 값들을 갖는 초기 조건을 생성하여 발전소에서 발생한 이벤트(EVENT)를 보다 유사하게 시뮬레이션 할 수 있으며, 보다 세부적이고 다양한 초기 조건 제공으로 운전원 교육훈련의 질을 향상시킬 수 있다. 또한, 단기간의 초기 조건 생성이 가능하여 운전원들의 교육을 담당하는 훈련부 교수의 직무 부하를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치에 대한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치에 대한 상세 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치의 전체 동작을 보여주는 도면이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

한국수력원자력은 발전소의 변수 값들을 실시간 온라인으로 확인할 수 있는 플랜트 정보(Plant Information) 시스템이 구축되어 있으며, 이 플랜트 정보 시스템을 이용하면 시뮬레이터 초기 조건 생성이 가능하지만, 현재 플랜트 정보 시스템과 시뮬레이터간의 연계는 없는 상태이다.

여기서, 변수 값들은 발전소 설비에 설치된 복수의 센서들에 의해 측정된 센서 신호의 값을 의미하며, 플랜트 정보(Plant Information)에는 플랜트에 설치된 장치의 구성 정보가 포함된다. 플랜트의 운영 환경 정보 및 운영 패턴 정보와 같은 플랜트 평가와 관련된 조건이 함께 기록되며, 모든 장치의 성능 모델이 기록된다. 성능 모델은 질량 균형, 열 균형, 열 효율 및 각 장치의 출력 또는 복수의 모든 장치의 열 균형의 설계 값, 열 균형에 따른 열 효율, 출력과 같은 성능 정보를 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치에 대한 블록 구성도이다

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치(100)는 발전소에 구축되어 있는 초기 조건 생성부(120) 및 시뮬레이터(130)로 구성된다.

먼저, 본 발명의 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치(100)의 초기 조건 생성부(120)는 발전소의 변수 값들을 실시간으로 생성하는 플랜트 정보 시스템(200)과 온라인으로 연결되어 시뮬레이터(130)에 필요한 특정 변수 값들을 플랜트 정보 시스템(200)으로부터 가져와 그 특정 변수 값들을 처리하여 시뮬레이터(130)에 전송하며, 시뮬레이터(130)는 초기 조건 생성부(120)에서 전송한 특정 변수 값들을 발전소 기동 초기 조건으로 입력하여 특정 상황에 대한 시뮬레이션을 진행하게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치에 대한 상세 구성 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 플랜트 정보 시스템(200)은 발전소 내부의 모든 기기들의 동작상태 즉, 변수 값들을 실시간으로 모니터링하여 출력하는 시스템이며, 초기 조건 생성부(120)는 제1 서브 프로그램(122)과 제2 서브 프로그램(124)을 포함할 수 있다.

먼저, 훈련교수(140)는 초기 조건 생성이 필요한 특정 날짜/시간을 제1 서브 프로그램(122)에 입력 (1)하고, 제1 서브 프로그램(122)은 입력된 특정 날짜/시간을 제2 서브 프로그램(124)에 전송 (2)하고, 제2 서브 프로그램(124)의 변수 인터페이스(126)는 입력된 특정 날짜/시간에 대응하는 발전소 내의 기기들의 변수 값들을 가져온다 (3). 제2 서브 프로그램(124)은 가져온 특정 날짜/시간에 대응하는 발전소 내의 기기들의 변수 값들을 출력하여 제1 서브 프로그램(122)에 전송 (4)하며, 제1 서브 프로그램(122)은 제2 서브 프로그램(124)에서 출력된 변수 값들을 시뮬레이터 초기 조건에 맞게 처리 후 시뮬레이터(130)에 전송 (5)하며, 시뮬레이터(130는 발전소 기동 초기 조건에 맞게 처리된 변수 값들을 이용하여 훈련용 시뮬레이션을 진행하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발전소 실제 운영 변수 값들을 초기 조건들로 하는 시뮬레이션 장치의 전체 동작을 나타내는 도면이다.

먼저, 훈련교수(140)로부터 플랜트 정보 시스템(200)에 출력을 요청할 특정 날짜/시간을 제1 서브 프로그램이 입력 받는 단계 (단계 310), 제1 서브 프로그램(122)이 제2 서브 프로그램(124)에 특정 날짜/시간을 요청하는 단계(단계 311), 제2 서브 프로그램(124)이 특정 날짜/시간의 해당 변수 값들을 플랜트 정보 시스템(200)에 요청하는 단계 (단계 312), 제2 서브 프로그램(124)이 특정 날짜/시간의 해당 변수 값들을 플랜트 정보 시스템(200)으로부터 불러와 저장하는 단계 (단계 313), 제2 서브 프로그램(124)이 저장된 해당 변수 값들을 누적 변수 값들과 누적 불필요 변수 값들로 구분하는 단계 (단계 314), 제2 서브 프로그램(124)이 누적 필요로 구분된 변수 값들에 대해 자동으로 2시간 전까지의 누적 변수 값들을 플랜트 정보 시스템(200)으로부터 불러오는 단계 (단계 315), 제2 서브 프로그램(124)이 불러온 해당 누적 변수 값들을 제1 서브 프로그램(122)의 최종 출력 데이터에 로딩하는 단계 (단계 316), 제2 서브 프로그램(124)에서 최종 데이터로 로딩된 변수 값들을 제1 서브 프로그램(122)이 시뮬레이터(130)에 맞게 처리하고, 시뮬레이터(130) 환경 프로그램에서 필요로 하는 형태로의 파일로 변환 단계 (단계 317), 제1 서브 프로그램(122)에서 변환된 변수 값들을 시뮬레이터(130) 환경에 지정한 폴더로 전송하는 단계 (단계 3518), 폴더에 저장된 변수 값들을 기동 초기 조건으로 하여 발전소 동작을 모사하는 단계 (단계 319)를 포함한다.

100 : 시뮬레이션 장치
120 : 초기 조건 생성부
122 : 제1 서브 프로그램
124 : 제2 서브 프로그램
126 : 변수 인터페이스
130 : 시뮬레이터
140 : 훈련 교수
200 : 플랜트 정보 시스템

Claims

발전소 내에 설치되어 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 생성하는 플랜트 정보 시스템으로부터 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 불러와 발전소 기동 초기 조건들로 저장하는 초기 조건 생성부; 및
상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들을 이용하여 상기 발전소의 동작을 모사하는 시뮬레이터를 포함하고,
상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들은 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들인 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이션 장치.
제1항에 있어서,
상기 초기 조건 생성부는
상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들 중 데이터 저장 범위를 구분하는 동작을 수행하는 것을 포함하는 발전소 시뮬레이션 장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터 저장 범위를 구분하는 동작은
상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 누적 필요 변수 값들과 누적 불필요 변수 값들로 구분하는 것을 포함하는 발전소 시뮬레이션 장치.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 저장 범위를 구분하는 동작은
상기 누적 필요 변수 값들에 대해서 상기 특정 날짜 및 시간을 기준으로 이전의 특정 시간 영역 범위의 누적 변수 값들을 상기 플랜트 정보 시스템으로부터 자동으로 불러오는 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이션 장치.
발전소 내에 설치되어 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 생성하는 플랜트 정보 시스템으로부터 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 불러와 발전소 기동 초기 조건들로 저장하는 단계; 및
상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들을 이용하여 상기 발전소의 동작을 모사하는 시뮬레이션 단계를 포함하되,
상기 저장되는 발전소 기동 초기 조건들은 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들인 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이션 방법.
제5항에 있어서,
상기 초기 조건으로 저장하는 단계는
상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들 중 데이터 저장 범위를 구분하는 단계를 포함하는 발전소 시뮬레이션 방법.
제6항에 있어서,
상기 데이터 저장 범위를 구분하는 단계는
상기 특정 날짜 및 시간에 해당하는 상기 발전소의 실제 운영 변수 값들을 누적 필요 변수 값들과 누적 불필요 변수 값들로 구분하는 단계를 포함하는 발전소 시뮬레이션 방법.
제5항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 저장 범위를 구분하는 단계는
상기 누적 필요 변수 값들에 대해서 상기 특정 날짜 및 시간을 기준으로 이전의 특정 시간 영역 범위의 누적 변수 값들을 상기 플랜트 정보 시스템으로부터 자동으로 불러오는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이션 방법.