KR20240037075A - 원자로 시스템의 분산 제어 장치 및 방법 - Google Patents

원자로 시스템의 분산 제어 장치 및 방법 Download PDF

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김택규
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손광섭
장귀숙
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은 원자로 시스템의 분산 제어 기술에 관한 것으로, 원자로 시스템 운용을 위한 원자로 제어 기능을 갖는 복수의 기능별 모듈이 구비되는 원자로 제어 기능부; 및 상기 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 제3의 기능별 모듈에서 수행하도록 분산 제어하는 다중 분산 제어부;를 포함하되, 상기 원자로 제어 기능부는 상기 기능별 모듈 각각이 상기 고유 원자로 제어 기능 외에 상기 제3의 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되며, 상기 다중 분산 제어부는 상기 기능별 모듈의 고장 발생시 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 상기 원자로 제어 기능부를 제어할 수 있다.

Description

원자로 시스템의 분산 제어 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING DISTRIBUTED CONTROL IN REACTOR SYSTEM}
본 발명은 분산 제어 기술에 관한 것으로, 특히 원자로 시스템의 출력 제어를 위한 분산 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
기존 원자로 출력 제어 계통은 출력 제어 계통을 구성하는 하나의 세부 제어 계통이 동작 불능 상태가 되면 전체 원자로 출력 제어 계통이 동작하지 못하는 문제점이 있다. 현재 원자로 출력 제어 계통을 구성하는 제어기는 자체적으로 이중화되어 단일 고장에 대처하는 능력을 가지고 있으나, 공통 원인 고장 등에 의하여 이중화 제어기가 동시에 고장 나거나 입/출력 데이터를 처리하는 통신 연계 부품에 고장이 발생하는 경우는 대처하지 못하는 한계가 있다.
등록특허 10-1250809 (2013년04월04일 등록공고) 등록특허 10-1234549 (2013년02월19일 등록공고)
본 발명의 실시예에서는, 원자로 시스템 내의 하나의 세부 제어 계통이 고장 나는 경우에 고장이 발생하지 않은 다른 세부 제어 계통이 고장 난 세부 제어 계통의 기능을 대체 수행하여 출력 제어 계통의 연속적인 운전이 가능하도록 하는 원자로 시스템의 분산 제어 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원자로 시스템 운용을 위한 원자로 제어 기능을 갖는 복수의 기능별 모듈이 구비되는 원자로 제어 기능부; 및 상기 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 제3의 기능별 모듈에서 수행하도록 분산 제어하는 다중 분산 제어부;를 포함하되, 상기 원자로 제어 기능부는 상기 기능별 모듈 각각이 상기 고유 원자로 제어 기능 외에 상기 제3의 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되며, 상기 다중 분산 제어부는 상기 기능별 모듈의 고장 발생시 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 상기 원자로 제어 기능부를 제어하는 원자로 시스템의 분산 제어 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 원자로 제어 기능부는, 상기 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제1 원자로 제어 기능 모듈 및 제2 원자로 제어 기능 모듈과, 제어봉 제어와 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제3 원자로 제어 기능 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다중 분산 제어부는, 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 다중 분산 제어부는, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행하도록 제어하거나, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 다중 분산 제어부는, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 동작 요구 상황을 기초로 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각은, 자신의 고유 원자로 제어 기능 이외의 공통 원자로 제어 기능을 수행한 후 상기 공통 원자로 제어 기능 수행 처리 결과를 상기 공통 원자로 제어 기능을 갖는 기능별 모듈로 반환할 수 있다.
또한, 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 조절(Reactor Regulating System; RRS) 모듈이고, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 급감발(Reactor Power Cutback System; RPCS) 모듈이며, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈은 디지털 제어봉 제어(Digital Rod Control System; DRCS) 모듈일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제1 원자로 제어 기능 모듈 및 제2 원자로 제어 기능 모듈과, 제어봉 제어와 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제3 원자로 제어 기능 모듈을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각은 각자의 고유 원자로 제어 기능 외에 나머지 원자로 제어 기능 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되는 원자로 시스템의 분산 제어 방법에 있어서, 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 제1 단계; 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 제2 단계; 및 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하거나, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하는 제3 단계;를 포함하는 원자로 시스템의 분산 제어 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 제3 단계는, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 동작 요구 상황을 기초로 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각이 자신의 고유 원자로 제어 기능 이외의 공통 원자로 제어 기능을 수행한 후 상기 공통 원자로 제어 기능 수행 처리 결과를 상기 공통 원자로 제어 기능을 갖는 기능별 모듈로 반환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 조절 모듈이고, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 급감발 모듈이며, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈은 디지털 제어봉 제어 모듈일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제1 원자로 제어 기능 모듈 및 제2 원자로 제어 기능 모듈과, 제어봉 제어와 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제3 원자로 제어 기능 모듈을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각은 각자의 고유 원자로 제어 기능 외에 나머지 원자로 제어 기능 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되는 원자로 시스템의 분산 제어 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고, 상기 방법은, 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 단계; 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 단계; 및 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하거나, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 원자로 출력과 관련된 제1 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 제어봉 제어와 관련된 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 단계; 및 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행한 후 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하는 단계;를 포함하는 원자로 시스템의 분산 제어 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 원자로 시스템 내의 하나의 세부 제어 계통이 고장 나는 경우에 고장이 발생하지 않은 다른 세부 제어 계통이 고장 난 세부 제어 계통의 기능을 대체 수행하여 출력 제어 계통의 연속적인 운전이 가능함으로써, 원자로 시스템의 운용 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 장치의 응용 형태를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 분산 제어 방법을 적용한 경우의 원자로 시스템의 출력 제어 계통에 대한 운전 시뮬레이션 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
일반적으로 다중성은 고장 허용 제어의 핵심 요소이며, 크게 물리적 다중성(hardware redundancy)과 해석적 다중성(analytical redundancy)으로 분류할 수 있다. 물리적 다중성은 필수 주요 구동기 및 센서를 다중으로 설치 운영하는 것을 뜻하며 때때로 직접적인 다중성(direct redundancy)으로 불린다. 대표적인 예시는 원자력 발전소의 플랜트 보호 계통이 있으며, 필요에 따라 같은 기기를 병렬로 설치 운영하는 삼중화, 4중화로 구성되어 있다. 물리적 다중성을 확보하는 경우에는 고장의 탐지 및 제거가 단순하게 이루어질 수 있으나, 시스템이 복잡해지고 설치가 어렵거나 경제성의 저하를 가지고 온다. 물리적 다중성은 기존의 아날로그 기반 제어기에서 흔히 사용되었던 방식이며, 설치나 경제성의 문제를 완화하기 위하여 물리적 다중성 외에 해석적 다중성(analytic redundancy)을 이용하는 방안을 제안한다. 해석적 다중성은 시스템 입/출력의 기능적 관계를 활용하여 다른 측정으로부터 측정값을 유추하거나 동특성을 추론 해석을 함으로써 물리적 다중성이 없이 해석적 다중성에 입각하여 고장허용 제어 기능을 확보하는 것이다. 해석적 다중성은 디지털 기기를 사용하게 되면서 수학적 모델에 기반한 고장 탐지, 진단 및 수용(accommodation)이 가능하게 되어 적용 가능한 방안으로 원자력발전소 원자로 출력제어계통에 물리적 다중성의 추가 설치 없이 해석적 다중성을 적용하여 출력제어계통의 다중성을 확보하는 고장허용 구조 방안을 제안한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 적용되는 원자로 시스템의 분산 제어 기술은, 디지털 소프트웨어 기반 분산 제어 계통(Distributed Control System)을 채택하고 있으며, 각 제어 계통을 상위에서 조정하는 감독자 제어기능(Supervisory Control System)을 탑재하고 있으므로 소프트웨어 기반의 해석적 다중성을 적용하기 용이하다.
본 발명의 실시예에 적용되는 원자로 출력 제어 계통은 원자로 운전 중 원자로내의 제어봉 제어를 통하여 원자로 출력을 조절하는 제어 계통이다. 원자로 출력 제어 시스템은 크게 원자로 출력 조절 계통(Reactor Regulating System, RRS), 디지털 제어봉 제어 계통(Digital control Rod Control System, DRCS) 및 원자로 출력 급감발 계통(Reactor Power Cutback System, RPCS)으로 구성되어 있다.
원자로 출력 조절 계통은 원자로 출력을 제어하기 위해 제공되는 계통으로서, 터빈 부하 변동에 따른 원자로 반응도 변화에 대응하여 원자로 냉각재 온도 및 원자로 출력을 자동으로 조절하기 위해 원자로 출력 조절 계통이 사용된다. 디지털 제어봉 제어 계통은 원자로 출력 조절 계통으로부터 제어봉 집합체 자동 동작요구 신호 또는 운전원에 의한 수동 동작요구 신호를 받아 제어봉 집합체를 작동시켜는 역할을 수행한다. 원자로 출력 급감발 계통은 터빈정지, 2대의 주급수 펌프 상실, 단일 제어봉 낙하 등 상당히 큰 발전소의 출력 불균형이 발생하였을 때 원자로 출력을 급격히 감소시켜 원자로 정지를 방지하고 발전소가 제어 가능한 상태로 유지되도록 하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에서는 관련 제어 계통으로 터빈 부하 지수(Turbine Load Index)와 원자로의 온도 프로그램에 의해 제어봉의 위치와 제어봉 구동속도 제어신호를 생산하는 원자로 출력 조절 계통과 제어봉 제어 신호에 따라 제어봉을 구동시키는 디지털 제어봉 제어 계통, 그리고 터빈 정지 등에 따른 출력 불균형에 의한 원자로 정지를 방지하기 위한 원자로 출력 급감발 계통의 세부 제어 계통 구조를 이용하여, 하나의 세부 제어 계통이 고장 나는 경우, 고장이 발생하지 않은 다른 세부 제어 계통이 고장 난 세부 제어 계통의 기능을 대체 수행하여 출력 제어 계통의 연속적인 운전이 가능하도록 하는 구조 허용 구조를 의미한다.
해석적 다중성을 확보하기 위해서는, 먼저 각 세부 제어 계통의 고장을 탐지하는 기술이 필요하나, 본 발명의 내용에는 포함하지 않고 고장이 탐지된 이후의 다중성 확보에 의한 고장 허용 방안에 대해서만 기술하기로 한다. 또한, 하기에 기술하는 실시예에서는 원자로 시스템 내의 “계통”에 대한 용어를 “모듈”로 대체하여 설명하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 장치의 블록도로서, 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 장치(10)는 다중 분산 제어부(100) 및 원자로 제어 기능부(110)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 다중 분산 제어부(100)는 원자로 제어 기능부(110) 내의 기능별 모듈의 고유한 원자로 제어 기능을 제3의 기능별 모듈에서 수행하도록 분산 제어할 수 있다.
즉, 다중 분산 제어부(100)는 하나의 세부 제어 모듈이 고장 나는 경우에 고장이 발생하지 않은 다른 세부 제어 모듈이 고장 난 세부 제어 모듈의 기능을 대체 수행하여 출력 제어 모듈의 연속적인 운전이 가능하도록 하는데 특징이 있다.
특히, 다중 분산 제어부(100)는 원자로 제어 기능부(110) 내의 기능별 모듈의 고장 발생시에 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 원자로 제어 기능부(110)를 제어할 수 있다.
이러한 다중 분산 제어부(100)의 구체적인 제어에 대해서는 하기 도 2의 흐름도에서 상세히 설명하기로 한다.
원자로 제어 기능부(110)는 원자로 시스템 운용을 위한 원자로 제어 기능을 갖는 복수의 기능별 모듈을 포함할 수 있다. 원자로 제어 기능부(110)는 기능별 모듈 각각이 고유 원자로 제어 기능 외에 제3의 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍될 수 있다.
이러한 원자로 제어 기능부(110)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 원자로 제어 기능 모듈(112), 제2 원자로 제어 기능 모듈(114) 및 제3 원자로 제어 기능 모듈(116)을 포함할 수 있으며, 이들 각각의 모듈에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 제1 원자로 제어 기능 모듈(112)은 원자로 출력 조절 모듈(RRS)이고, 제2 원자로 제어 기능 모듈(114)은 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)이며, 제3 원자로 제어 기능 모듈(116)은 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)일 수 있다. 물론, 이러한 각각의 모듈은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 예시한 것이며, 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어 기술은 원자력 시스템의 출력 제어, 계측 제어, 공정 제어 등에도 적용 가능함을 주지해야 할 것이다.
원자로 출력 조절 모듈(RRS)는 터빈 부하 지수(Turbine Load Index)와 원자로의 온도 프로그램에 의해 제어봉의 위치와 제어봉 구동속도 제어 신호를 생산하여 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 기능은 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고유 기능에 해당된다.
원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)은 터빈 정지 등에 따른 급격한 발전소 출력 불균형 발생시 원자로 정지를 방지하는 제어 논리를 수행하여 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)로 제어 신호를 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 기능은 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)의 고유 기능에 해당된다.
디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)은 제어봉 제어 신호에 따라 제어봉 구동 신호를 생산하고, 제어봉의 위치를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 기능은 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 고유 기능에 해당된다.
이때, 본 발명의 실시예에서는 각각의 원자로 제어 기능 모듈에 자신의 고유 기능에 더하여, 다른 원자로 제어 기능 모듈의 고유 기능(공통 기능)들이 추가로 프로그래밍 될 수 있다.
예컨대, 원자로 출력 조절 모듈(RRS)는 자신의 고유 기능 외에 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)의 고유 기능과 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 고유 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍될 수 있다.
또한, 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)은 자신의 고유 기능 외에 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고유 기능과 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 고유 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍될 수 있다.
또한, 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)은 자신의 고유 기능 외에 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고유 기능과 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)의 고유 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 방법의 흐름도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 원자로 시스템의 운전이 개시되면, 원자로 시스템의 분산 제어 장치(10) 내의 다중 분산 제어부(100)는 원자로 제어 기능부(110) 내의 각 기능별 모듈(112, 114, 116) 중 임의의 기능별 모듈에서 고장이 발생되었는지를 판단한다(S100). 이러한 고장 판단은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있는 바, 구체적인 고장 판단 기준과 알림 동작에 대한 설명은 생략하기로 한다.
다중 분산 제어부(100)에서 제1 원자로 제어 기능 모듈(112), 즉 원자로 출력 조절 모듈(RRS)이 고장인 것으로 판단한 경우(S102)에는, 다중 분산 제어부(100)는 제3 원자로 제어 기능 모듈(114), 즉 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)에서 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS) 내의 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고유 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 원자로 제어 기능부(110)를 제어할 수 있다(S104). 이때, 다중 분산 제어부(100)는 원자로 출력 조절 모듈(RRS)을 우회하도록 네트워크가 형성되며, 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)은 이러한 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고유 원자로 제어 기능 수행이 완료되면 자신의 고유 원자로 제어 기능을 수행할 수 있다.
다중 분산 제어부(100)에서 제2 원자로 제어 기능 모듈(114), 즉 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)이 고장인 것으로 판단한 경우(S106)에는, 다중 분산 제어부(100)는 제3 원자로 제어 기능 모듈(114), 즉 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)에서 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS) 내의 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)의 고유 원자로 제어 기능을 수행하도록 원자로 제어 기능부(110)를 제어할 수 있다(S108). 이때, 다중 분산 제어부(100)는 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)을 우회하도록 네트워크가 형성되며, 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)은 이러한 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)의 고유 원자로 제어 기능 수행이 완료되면 자신의 고유 원자로 제어 기능을 수행할 수 있다.
다중 분산 제어부(100)에서 제3 원자로 제어 기능 모듈(116), 즉 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)이 고장인 것으로 판단한 경우(S110)에는, 다중 분산 제어부(100)는 제1 원자로 제어 기능 모듈(112), 즉 원자로 출력 조절 모듈(RRS)에서 자신의 고유 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행한 후에, 원자로 출력 조절 모듈(RRS) 내의 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 고유 원자로 제어 기능을 수행하도록 원자로 제어 기능부(110)를 제어할 수 있다(S112). 이때, 다중 분산 제어부(100)는 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)을 우회하도록 네트워크가 형성될 수 있다.
또는, 다중 분산 제어부(100)에서 제3 원자로 제어 기능 모듈(116), 즉 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)이 고장인 것으로 판단한 경우(S110)에는, 다중 분산 제어부(100)는 제2 원자로 제어 기능 모듈(114), 즉 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)에서 자신의 고유 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행한 후에, 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 고유 원자로 제어 기능을 수행하도록 원자로 제어 기능부(110)를 제어할 수 있다(S112). 이때, 다중 분산 제어부(100)는 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)을 우회하도록 네트워크가 형성될 수 있다.
제3 원자로 제어 기능 모듈(116)인 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)이 고장이 난 경우에는 다중 분산 제어부(100)가 원자로 출력 조절 모듈(RRS) 또는 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)에서 선택적으로 자신의 고유 기능을 수행한 후에 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 고유 기능을 수행하도록 제어하는데, 이는 현재 운용중인 원자로 출력 조절 모듈(RRS) 또는 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS)의 동작 요구 상황에 따라 제어 기능의 우선 순위가 결정될 수 있다.
한편, 이와 같이 원자로 출력 조절 모듈(RRS), 원자로 출력 급감발 모듈(RPCS) 및 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)에서 자신의 고유 원자로 제어 기능 이외의 공통 원자로 제어 기능을 수행한 후에는, 공통 원자로 제어 기능을 수행한 처리 결과를 공통 원자로 제어 기능을 갖는 기능별 모듈로 반환할 수 있다. 예를 들어, 원자로 출력 조절 모듈(RRS)이 고장이 발생하여 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)에서 내부의 공통된 원자로 출력 조절 모듈(RRS)에 대한 제어 기능을 우선적으로 수행한 후에는, 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)이 원자로 출력 조절 모듈(RRS)로 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고유 원자로 제어 기능 수행 처리 결과를 반환할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 장치의 응용 형태를 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 원자로 시스템의 분산 제어 장치 및 방법을 이용하여 해석적 다중성 기반 고장 허용 출력 제어 계통 구조 및 기능 연계를 확인하기 위해서, PC 기반의 CNS(Compact Nuclear Simulator) 상에서 고장 허용 구조와 시뮬레이터의 원자력 발전소 모사 기능을 구현할 수 있다.
먼저, 원자력 발전소의 분산 제어 계통(DCS)에 적용 가능한 구조를 설정하기 위하여 소프트웨어적으로 제어 논리 절환 스위치를 도 3과 같이 구성하여 실제 발전소의 적용성을 고려해 볼 수 있다. 소프트웨어 기반 제어 논리 절환 스위치를 구현함으로써, 본 발명의 예측 진단 결과뿐만 아니라 기존의 제어기기가 갖추고 있는 고장 발생 경보를 활용하여, 각 제어계통 내의 제어기기 고장 발생 시 건전한 제어기기를 구성하고 있는 세부 제어 계통으로의 제어논리 절환 기능을 구현할 수 있다. 도 3에서는 고장 진단을 위한 개념이 표기되어 있으나 고장 진단의 기타 방법으로 이루어진다고 가정하고 본 발명에서는 소프트웨어 기반 제어 계통 논리 절환 스위치를 통한 기술 구현을 확인하였다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 분산 제어 방법을 적용한 경우의 원자로 시스템의 출력 제어 계통에 대한 운전 시뮬레이션 그래프이다.
도 4의 (a)는 출력 증감발 운전에 따른 운전 시뮬레이션 결과를 예시한 그래프이고, (b)는 평균 냉각재 온도 변화를 예시한 그래프이며, (c)는 제어봉의 시간대별 제어 스텝을 예시한 그래프이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 초기에는 입력신호(온도)의 요동에 따른 불안정한 제어봉 제어를 수행하다가 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고장 시에도 고장 진단 및 해석적 다중성 기반 고장허용 구조 작동에 따라 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)의 추가 기능을 통하여 원자력 발전소의 정지 없이 정상 제어로 복귀함을 보여준다.
즉, 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 비정상 및 고장 상황을 진단하고 본 발명에서 제시한 제어절환 스위치 논리에 의해서 비정상 혹은 고장 상태에 있는 원자로 출력 조절 모듈(RRS)에서 원자로 출력 조절 기능을 디지털 제어봉 제어 모듈(DRCS)로 절환하여 정상 운전이 가능함을 보여준다.
고장 진단 이후 제어절환은 거의 실시간으로 이루어 질 수 있으나, 시뮬레이션 결과의 명확성을 나타내기 위하여 일정 시간 동안 제어 기능 절환이 이루어지지 못한 채로 시뮬레이션 운전을 계속 수행하고 일정 시간 이후에 제어 모듈의 제어 기능 절환이 이루어지는 것으로 시뮬레이션을 수행하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 원자로 출력 조절 모듈(RRS)의 고장 시에도 해석적 다중성 기반 원자로 출력 제어 모듈의 고장허용 구조에 따른 다중성 확보는 성공적으로 이루어짐을 알 수 있다. 즉, 하나의 세부 제어 모듈의 고장시에도 제안된 해석적 다양성 기반 고장 허용 기술을 적용하면, 원자로 정지 없이 연속적인 정상 운전이 가능함을 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 원자로 시스템 내의 하나의 세부 제어 계통이 고장 나는 경우에 고장이 발생하지 않은 다른 세부 제어 계통이 고장 난 세부 제어 계통의 기능을 대체 수행하여 출력 제어 계통의 연속적인 운전이 가능함으로써, 원자로 시스템의 운용 신뢰도를 높일 수 있도록 구현하였다.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리) 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리)에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
10: 분산 제어 장치
100: 다중 분산 제어부
110: 원자로 제어 기능부
112: 제1 원자로 제어 기능 모듈(원자로 출력 조절(RRS) 모듈)
114: 제2 원자로 제어 기능 모듈(원자로 출력 급감발(RPCS) 모듈)
116: 제3 원자로 제어 기능 모듈(디지털 제어봉 제어(DRCS) 모듈)

Claims (13)

  1. 원자로 시스템 운용을 위한 원자로 제어 기능을 갖는 복수의 기능별 모듈이 구비되는 원자로 제어 기능부; 및
    상기 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 제3의 기능별 모듈에서 수행하도록 분산 제어하는 다중 분산 제어부;를 포함하되,
    상기 원자로 제어 기능부는 상기 기능별 모듈 각각이 상기 고유 원자로 제어 기능 외에 상기 제3의 기능별 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되며,
    상기 다중 분산 제어부는 상기 기능별 모듈의 고장 발생시 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 상기 원자로 제어 기능부를 제어하는
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원자로 제어 기능부는,
    상기 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제1 원자로 제어 기능 모듈 및 제2 원자로 제어 기능 모듈과, 제어봉 제어와 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제3 원자로 제어 기능 모듈을 포함하는
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중 분산 제어부는,
    상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행하도록 제어하는
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중 분산 제어부는,
    상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행하도록 제어하거나, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 수행하도록 제어하는
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다중 분산 제어부는,
    상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 동작 요구 상황을 기초로 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각은, 자신의 고유 원자로 제어 기능 이외의 공통 원자로 제어 기능을 수행한 후 상기 공통 원자로 제어 기능 수행 처리 결과를 상기 공통 원자로 제어 기능을 갖는 기능별 모듈로 반환하는
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 조절(Reactor Regulating System; RRS) 모듈이고, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 급감발(Reactor Power Cutback System; RPCS) 모듈이며, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈은 디지털 제어봉 제어(Digital Rod Control System; DRCS) 모듈인
    원자로 시스템의 분산 제어 장치.
  8. 원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제1 원자로 제어 기능 모듈 및 제2 원자로 제어 기능 모듈과, 제어봉 제어와 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제3 원자로 제어 기능 모듈을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각은 각자의 고유 원자로 제어 기능 외에 나머지 원자로 제어 기능 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되는 원자로 시스템의 분산 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 제1 단계;
    상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 제2 단계; 및
    상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하거나, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하는 제3 단계;를 포함하는
    원자로 시스템의 분산 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 동작 요구 상황을 기초로 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈 또는 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 제어 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는
    원자로 시스템의 분산 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각이 자신의 고유 원자로 제어 기능 이외의 공통 원자로 제어 기능을 수행한 후 상기 공통 원자로 제어 기능 수행 처리 결과를 상기 공통 원자로 제어 기능을 갖는 기능별 모듈로 반환하는 단계를 더 포함하는
    원자로 시스템의 분산 제어 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 조절 모듈이고, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈은 원자로 출력 급감발 모듈이며, 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈은 디지털 제어봉 제어 모듈인
    원자로 시스템의 분산 제어 방법.
  12. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    원자로 출력과 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제1 원자로 제어 기능 모듈 및 제2 원자로 제어 기능 모듈과, 제어봉 제어와 관련된 원자로 제어 기능을 갖는 제3 원자로 제어 기능 모듈을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 원자로 제어 기능 모듈 각각은 각자의 고유 원자로 제어 기능 외에 나머지 원자로 제어 기능 모듈의 고유 원자로 제어 기능을 공통으로 수행하도록 프로그래밍되는 원자로 시스템의 분산 제어 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 단계;
    상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 단계; 및
    상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하거나, 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행한 후 상기 제3 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하는 단계;를 포함하는
    컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  13. 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    원자로 출력과 관련된 제1 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 제어봉 제어와 관련된 제2 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행하도록 제어하는 단계; 및
    상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 고장 발생시에 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈에서 상기 제1 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 우선적으로 수행한 후 상기 제2 원자로 제어 기능 모듈의 기능을 수행하도록 제어하는 단계;를 포함하는 원자로 시스템의 분산 제어 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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