KR101146950B1 - Apparatus for automatic control of boron concentration of a nuclear reactor - Google Patents

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Abstract

원자로 붕소농도 자동제어장치가 제공된다. 상기 원자로 붕소농도 자동제어장치는 원자로와 터빈의 온도 편차 및 상기 원자로의 축방향 출력분포 편차를 이용하여 상기 원자로에 공급되는 붕산수 충전유량 및 순수 보충유량을 결정하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 상기 온도 편차 및 상기 축방향 출력분포 편차가 최소가 되도록 상기 붕산수 충전유량 및 상기 순수 보충유량을 제어할 수 있다.A reactor boron concentration automatic control device is provided. The reactor boron concentration automatic control device includes a control unit for determining the boron water filling flow rate and the pure water supplement flow rate supplied to the reactor by using the temperature deviation of the reactor and the turbine and the axial output distribution deviation of the reactor. The controller may control the boric water filled flow rate and the pure water replenishment flow rate to minimize the temperature deviation and the axial output distribution deviation.

Figure R1020100100698
Figure R1020100100698

Description

원자로 붕소농도 자동제어장치{APPARATUS FOR AUTOMATIC CONTROL OF BORON CONCENTRATION OF A NUCLEAR REACTOR}Reactor Boron Concentration Automatic Control Device {APPARATUS FOR AUTOMATIC CONTROL OF BORON CONCENTRATION OF A NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 원자로 붕소농도 자동제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로의 일일부하추종운전 중에 원자로 제어에 필요한 붕소농도 변화량을 붕소농도 측정없이 자동으로 제어할 수 있는 붕소농도 자동제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nuclear reactor boron concentration automatic control device, and more particularly, to a boron concentration automatic control device that can automatically control the amount of boron concentration required for reactor control during the daily load tracking operation of the reactor without measuring the boron concentration. .

일반적으로 원자력 발전소의 일일부하추종운전(Daily Load Follow Operation)은 100% 출력으로 운전하던 원자로 출력을 사전계획에 따라 50% 부분출력 수준으로 운전하고 다시 100% 출력으로 복귀한 후 이를 매일 반복하는 운전형 태를 갖는다. 이러한 부하추종운전은 [2ㅡ6ㅡ2ㅡ14 시간, 100-50-100% 출력]의 형태로 표기한다. 이는 2시간 동안 100% 출력에서 50% 출력으로 출력 감발 후 6시간 동안 50% 출력 상태를 유지 한 후 2시간 동안 출력이 상승하여 100% 출력으로 복귀 후 14시간 동안 100% 출력을 유지하는 것을 의미한다.In general, the daily load follow operation of a nuclear power plant is to operate the reactor output at 100% output at the 50% partial power level according to the pre-planning, return to 100% output, and repeat the operation every day. It has a form. This load following operation is expressed in the form of [2-6-2-14 hours, 100-50-100% output]. This means that the output is maintained for 6 hours after the output deceleration from 100% output to 50% output for 2 hours, and then the output rises for 2 hours to maintain 100% output for 14 hours after returning to 100% output. do.

원자로는 통상 노심 내부에서 중성자를 흡수하는 제어봉을 세로로 이동시켜서 출력이 제어된다. 또한 가장 많이 사용되는 원자로 제어 방식은 고도흡수봉으로 구성된 제어봉 그룹의 운동을 노심 평균 온도와 원자로가 터빈에 공급하여야 하는 출력의 일차 함수인 기준 온도 사이의 편차를 매개 변수로 이용하여 자동적으로 제어하는 방식이다. 그러나 제어봉으로만 원자로 출력을 100% 감당할 수 없으며, 일일부하추종운전을 장기간 수행할 경우 제어봉 사용 시간이 기술사양서 사용 제약에 의해서 한 달여 사용 후에는 인출되도록 되어 있기 때문에, 가압수형 원자로의 모든 제어 방식에는 원자로를 제어하는 추가 수단이 있어야 한다. 이 추가 수단은 원자로 냉각수에 붕소를 붕산 형태로 도입하거나, 순수한 물을 도입하여 희석시킬 수 있는 가용성 붕소 함유량을 변동시킬 수 있는 시스템으로 구성된다.Reactors typically control their output by moving longitudinally the control rods that absorb neutrons inside the core. In addition, the most commonly used reactor control method automatically controls the motion of a group of control rods consisting of high absorption rods as a parameter using the deviation between the core mean temperature and the reference temperature, which is the primary function of the output the reactor must supply to the turbine. That's the way. However, the control rod can't handle 100% of the reactor's output alone. If the daily load follow-up operation is performed for a long time, the control rod usage time will be withdrawn after one month due to the use of technical specifications. There should be additional means to control the reactor. This additional means consists of a system capable of varying the content of soluble boron which can be introduced into the cooling water of the reactor in the form of boric acid or dilute by introducing pure water.

원자로 출력 준위와 출력 분포 제어에 사용되는 주요 제어 인자가 되는 제어봉, 붕소농도, 냉각재 온도, 제논 농도 중에서, 출력 준위 제어 능력 측면에서는 붕소농도가 가장 효과적인 제어 인자가 된다. 제어봉의 경우는 출력 분포 조절 능력이 다른 인자에 비해 효과적이지만 출력 준위 조절에는 반드시 붕소 농도 조절이 수반되어야 한다. 원전 일일부하추종운전시 원자로 제어가 가장 어려운 시점은 저출력에서 고출력으로 재복귀하는 시점인데 이는 붕소농도와 제논 농도에 따라서 제어봉이 삽입되거나 인출되어야하는 경우가 공존하기 때문이다. 따라서 제논 농도는 측정이 불가능한 제어 인자이기 때문에, 붕소농도 함량은 원자로 출력 준위 제어 능력 측면에서 가장 중요한 제어 인자가 된다. 붕소농도가 원자로 제어에 가장 효과적인 인자이지만 냉각재 계통에서 확산되는 시간 지연이 있고, 정확한 농도 측정도 원자로 운전이 안정된 상태에서 수동으로 샘플 농도를 측정할 수 밖에 없기 때문에 농도에 대한 실시간성이 결여된다. 실시간으로 붕소농도를 측정할 수 있는 보론미터가 있지만 측정 불확실도가 커서 일일부하추종운전과 같이 출력 변동이 심한 경우에는 측정값을 신뢰할 수 없다. Among the control rods, boron concentration, coolant temperature, and xenon concentration, which are the main control factors used for reactor power level and power distribution control, boron concentration is the most effective control factor in terms of power level control capability. In the case of the control rod, the power distribution control ability is more effective than other factors, but the adjustment of the power level must be accompanied by the adjustment of the boron concentration. The most difficult time to control the reactor during daily load follow-up operation of nuclear power plants is the time to return from low power to high power because control rods need to be inserted or withdrawn depending on boron concentration and xenon concentration. Therefore, since the xenon concentration is a control factor that cannot be measured, the boron concentration content is the most important control factor in terms of reactor power level control ability. Boron concentration is the most effective factor in reactor control, but there is a time delay in the coolant system, and accurate concentration measurement lacks real-time concentration due to the fact that the sample concentration must be measured manually while the reactor operation is stable. Although there is a boron meter that can measure the boron concentration in real time, the measurement uncertainty is large and the measurement value is unreliable in the case of severe output fluctuation such as daily load tracking operation.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 원자로의 일일부하추종운전 중에 원자로 제어에 필요한 붕소농도 변화량을 붕소농도 측정없이 자동으로 제어할 수 있는 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a device that can automatically control the amount of boron concentration required for the control of the reactor during the daily load tracking operation of the reactor without measuring the boron concentration.

본 발명의 실시예에 따른 원자로 붕소농도 자동제어장치는, 원자로와 터빈의 온도 편차 및 상기 원자로의 축방향 출력분포 편차를 이용하여 상기 원자로에 공급되는 붕산수 충전유량 및 순수 보충유량을 결정하는 제어부를 포함한다.Reactor boron concentration automatic control device according to an embodiment of the present invention, the control unit for determining the boron water filling flow rate and the pure water supplement flow rate supplied to the reactor by using the temperature deviation of the reactor and the turbine and the axial output distribution deviation of the reactor Include.

상기 제어부는 상기 온도 편차 및 상기 축방향 출력분포 편차가 최소가 되도록 상기 붕산수 충전유량 및 상기 순수 보충유량을 제어할 수 있다.The controller may control the boric water filled flow rate and the pure water replenishment flow rate to minimize the temperature deviation and the axial output distribution deviation.

상기 제어부의 입력과 출력에 대한 모델식은 하기 수학식 2로 나타내어질 수 있다.The model equation for the input and output of the control unit may be represented by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112010066642942-pat00001
Figure 112010066642942-pat00001

상기 수학식 2에서, y는 n개의 제어출력변수를 나타내고, △u는 m개의 제어입력변수의 변화를 나타내고, ξ는 제로(zero) 평균값을 갖는 확률적 랜덤 노이즈 벡터 시퀀스를 나타내고, q-1은 백워드 시프트 연산자를 나타내고, A와 C는 nxn 모닉 행렬 다항식을 나타내며, B는 nxm 모닉 행렬 다항식을 나타낸다.In Equation 2, y represents n control output variables, Δu represents a change of m control input variables, ξ represents a stochastic random noise vector sequence having a zero mean value, and q −1 Denotes a backward shift operator, A and C denote an nxn morphic matrix polynomial, and B denotes an nxm moniker matrix polynomial.

상기 제어부의 성능목표를 최적화하기 위한 목적함수는 하기 수학식 3으로 나타내어질 수 있다.The objective function for optimizing the performance goal of the controller may be represented by Equation 3 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112010066642942-pat00002
Figure 112010066642942-pat00002

상기 수학식 3에서,

Figure 112010066642942-pat00003
는 t시점 기준에서 j-스텝 후의 최적 예측값을 나타내고, w는 출력벡터에 대한 제한치를 나타내고, △u는 두 시간 스텝 사이의 제어입력변수의 변화를 나타내고, Q는
Figure 112010066642942-pat00004
의 가중값을 나타내고, R은 △u의 가중값을 나타내고, M은 제어구간을 나타내고, N은 예측구간을 나타내고, MM 행렬은 Diagonal(가중값1(M1), 가중값2(M2), 가중값3(M3))을 나타내며, 상기 가중값1은 상기 온도 편차에 적용되고, 상기 가중값2는 상기 축방향 출력분포 편차에 적용되며, 상기 가중값3는 상기 원자로의 제어봉 위치에 적용된다.In Equation 3,
Figure 112010066642942-pat00003
Denotes the optimal predicted value after j-step at the time point t, w denotes the limit for the output vector, Δu denotes the change of the control input variable between two time steps, and Q denotes
Figure 112010066642942-pat00004
Represents a weight value of Δu, M represents a control interval, N represents a prediction interval, and the MM matrix is Diagonal (weight 1 (M1), weight 2 (M2), weight 3 (M3)). ), The weight value 1 is applied to the temperature deviation, the weight value 2 is applied to the axial output distribution deviation, and the weight value 3 is applied to the control rod position of the reactor.

상기 원자로 붕소농도 자동제어장치는 상기 온도 편차 및 상기 축방향 출력분포 편차에 가중값을 적용할 수 있다.The reactor boron concentration automatic control device may apply a weighting value to the temperature deviation and the axial output distribution deviation.

상기 원자로 붕소농도 자동제어장치는 상기 제어부에 의해 결정된 상기 붕산수 충전유량 및 상기 순수 보충유량에 기초하여 상기 원자로에 붕산수 충전유량 조절 신호 및 순수 보충유량 조절 신호를 제공할 수 있다.The reactor boron concentration automatic control device may provide a borate water filling flow rate control signal and a pure water replenishing flow rate control signal to the reactor based on the boron water filling flow rate and the pure water replenishing flow rate determined by the control unit.

상기 원자로는 가압경수형 원자로를 포함할 수 있다.The reactor may include a pressurized water reactor.

본 발명의 실시예에 따르면, 원자로의 일일부하추종운전 중에 원자로 제어에 필요한 붕소농도 변화량을 붕소농도 측정없이 자동으로 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the amount of change in boron concentration required for reactor control during daily load tracking operation of the reactor can be automatically controlled without measuring the concentration of boron.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 일일부하추종운전을 위한 붕소농도 자동제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 각각 본 발명의 실시예에 따라 모사계산된 원자로 출력, 축방향 출력분포, 붕산수 충전유량과 순수 보충유량, 및 제어봉 그룹의 위치를 나타내는 그래프이다.1 is a view for explaining the boron concentration automatic control apparatus for daily load tracking operation of the reactor according to an embodiment of the present invention.
2A to 2D are graphs showing the reactor output, the axial output distribution, the borated water filling flow rate and the pure water filling flow rate, and the positions of the control rod groups, respectively, according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The objects, features, and advantages of the present invention will be readily understood through the following embodiments related to the accompanying drawings. The invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 일일부하추종운전을 위한 붕소농도 자동제어장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the boron concentration automatic control apparatus for daily load tracking operation of the reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 원자로 붕소농도 자동제어장치(1)는 원자로(2)의 일일부하추종운전 중에 원자로 제어에 필요한 붕소농도 변화량을 붕소농도 측정없이 자동으로 제어할 수 있다. 원자로(2)는 예를 들어 가압경수형 원자로일 수 있다. 원자로 붕소농도 자동제어장치(1)는 입력부(10), 제어부(20), 및 출력부(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the reactor boron concentration automatic control device 1 may automatically control the amount of boron concentration change required for reactor control during daily load tracking operation of the reactor 2 without measuring boron concentration. The reactor 2 may be, for example, a pressurized light water reactor. The reactor boron concentration automatic control device 1 may include an input unit 10, a control unit 20, and an output unit 30.

원자로(2)의 출력의 변동에 따라 온도 신호(111), 축방향 출력분포 신호(ASI; Axial Shape Index)(121), 제어봉 위치 신호(131)가 입력부(10)에 제공된다. 온도 신호(111)는 원자로 온도 신호(111a)와 터빈 온도 신호(111b)를 포함할 수 있다. 원자로 온도 신호(111a)는 원자로의 평균 온도를 나타내고, 터빈 온도 신호(111b)는 터빈의 온도를 나타낸다. ASI 신호(121)는 목표 ASI 신호(121a)와 측정 ASI 신호(121b)를 포함할 수 있다. 목표 ASI 신호(121a)는 ASI의 목표값을 나타내고, 측정 ASI 신호(121b)는 ASI의 측정값을 나타낸다. ASI는 원자로 출력분포의 상하 치우치는 정도를 나타내며, 하기 수학식 1로부터 구할 수 있다. 제어봉 위치 신호(131)는 원자로 내 제어봉의 측정된 위치를 나타낸다.The temperature signal 111, the axial output distribution signal (ASI) 121, and the control rod position signal 131 are provided to the input unit 10 according to the variation of the output of the reactor 2. The temperature signal 111 may include a reactor temperature signal 111a and a turbine temperature signal 111b. The reactor temperature signal 111a represents the average temperature of the reactor, and the turbine temperature signal 111b represents the temperature of the turbine. The ASI signal 121 may include a target ASI signal 121a and a measurement ASI signal 121b. The target ASI signal 121a represents the target value of the ASI, and the measured ASI signal 121b represents the measured value of the ASI. ASI represents the up and down bias of the reactor output distribution, and can be obtained from Equation 1 below. The control rod position signal 131 indicates the measured position of the control rod in the reactor.

[수학식 1][Equation 1]

ASI = (노심하부출력-노심상부출력)/(노심하부출력+노심상부출력)ASI = (core lower output-upper core output) / (core lower output + core upper output)

입력부(10)는, 원자로 온도 신호(111a)와 터빈 온도 신호(111b)로부터 원자로 온도와 터빈 온도 간 온도 편차(112)를 계산하고, 목표 ASI 신호(121a)와 측정 ASI 신호(121b)로부터 ASI의 목표값과 측정값 간 ASI 편차(122)를 계산하며, 제어봉 위치 신호(131)는 원자로 내 제어봉 위치(132)를 계산한다. 입력부(10)는, 온도 편차(112)에 가중값1(M1)을 적용하여 온도 편차 입력 신호(113)를 생성하고, ASI 편차(122)에 가중값2(M2)를 적용하여 ASI 편차 입력 신호(123)를 생성하며, 제어봉 위치(132)에 가중값3(M3)을 적용하여 제어봉 위치 입력 신호(133)를 생성한다. 입력부(10)는 생성한 온도 편차 입력 신호(113), ASI 편차 입력 신호(123), 및 제어봉 위치 입력 신호(133)를 제어부(20)에 제공한다.The input unit 10 calculates the temperature deviation 112 between the reactor temperature and the turbine temperature from the reactor temperature signal 111a and the turbine temperature signal 111b, and the ASI from the target ASI signal 121a and the measured ASI signal 121b. The ASI deviation 122 between the target value and the measured value is calculated, and the control rod position signal 131 calculates the control rod position 132 in the reactor. The input unit 10 generates the temperature deviation input signal 113 by applying the weight value 1 (M1) to the temperature deviation 112, and applies the weight value 2 (M2) to the ASI deviation 122 to apply the ASI deviation input signal ( 123 and generates a control rod position input signal 133 by applying a weight value 3 (M3) to the control rod position 132. The input unit 10 provides the generated temperature deviation input signal 113, the ASI deviation input signal 123, and the control rod position input signal 133 to the controller 20.

제어부(20)는 입력부(10)로부터 제공받은 온도 편차 입력 신호(113), ASI 편차 입력 신호(123), 및 제어봉 위치 입력 신호(133)를 이용하여 붕산수 충전유량(211)과 순수 보충유량(212)을 최적화하여 출력부(30)에 제공한다. 제어부(20)는 제어부 모델식과 모델식의 파라미터를 결정하는 방법을 조합하는 방식으로 상기 최적화를 구현할 수 있다. 하기 수학식 2는 제어부의 입력과 출력에 대한 모델식을 나타내고, 하기 수학식 3은 제어부의 성능목표를 최적화하기 위한 목적함수를 나타낸다.The controller 20 uses the temperature deviation input signal 113, the ASI deviation input signal 123, and the control rod position input signal 133 provided from the input unit 10 to fill the boric acid water filling flow rate 211 and the pure water supplementary flow rate ( 212) is optimized and provided to the output unit 30. The controller 20 may implement the optimization by combining a controller model formula and a method of determining parameters of the model formula. Equation 2 below represents a model equation for the input and output of the control unit, and Equation 3 below represents an objective function for optimizing the performance target of the control unit.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112010066642942-pat00005
Figure 112010066642942-pat00005

상기 수학식 2에서, y는 n개의 제어출력변수를 나타낼 수 있고, △u는 m개의 제어입력변수의 변화를 나타낼 수 있다. ξ는 제로(zero) 평균값을 갖는 확률적 랜덤 노이즈 벡터 시퀀스(stochastic random noise vector sequence)를 나타낼 수 있고, q-1은 백워드 시프트 연산자(backward shift operator)를 나타낼 수 있다. A와 C는 nxn 모닉 행렬 다항식(monic matrix polynomial)을 나타낼 수 있고, B는 nxm 모닉 행렬 다항식(monic matrix polynomial)을 나타낼 수 있다. 그리고, t는 시간을 의미하며, 후술하는 다른 수학식에서도 동일한 의미를 나타낸다.In Equation 2, y may represent n control output variables, and Δu may represent changes of m control input variables. ξ may represent a stochastic random noise vector sequence having a zero mean value, and q −1 may represent a backward shift operator. A and C may represent an nxn morphic matrix polynomial, and B may represent an nxm moniker matrix polynomial. In addition, t means time and shows the same meaning also in the other formula mentioned later.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112010066642942-pat00006
Figure 112010066642942-pat00006

상기 수학식 3에서,

Figure 112010066642942-pat00007
는 t시점 기준에서 j-스텝 후의 최적 예측값을 나타낼 수 있고, w는 출력벡터에 대한 제한치(target value)를 나타낼 수 있으며, △u는 두 시간 스텝 사이의 제어입력변수의 변화를 나타낼 수 있다. Q는
Figure 112010066642942-pat00008
의 가중값을 나타낼 수 있고, R은 △u의 가중값을 나타낼 수 있다. M은 제어구간(control horizon)을 나타낼 수 있고, N은 예측구간(prediction horizon)을 나타낼 수 있다. MM 행렬은 Diagonal(가중값1(M1), 가중값2(M2), 가중값3(M3))을 나타낼 수 있다. In Equation 3,
Figure 112010066642942-pat00007
Represents the optimal predicted value after the j-step at the time point t, w may represent a target value for the output vector, and Δu may represent a change in the control input variable between two time steps. Q is
Figure 112010066642942-pat00008
Can represent a weight value of R, and R can represent a weight value of Δu. M may represent a control horizon, and N may represent a prediction horizon. The MM matrix may represent Diagonal (weights 1 (M1), weights 2 (M2), and weights 3 (M3)).

상기 수학식 3에서, 제한 조건은

Figure 112010066642942-pat00009
이다.In Equation 3, the constraint is
Figure 112010066642942-pat00009
to be.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어입력변수는 온도 편차와 ASI 편차를 포함할 수 있고, 상기 제어출력변수는 붕산수 충전유량과 순수 보충유량을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the control input variable may include a temperature deviation and an ASI deviation, and the control output variable may include a boric water filled flow rate and a pure replenishment flow rate.

상기 수학식 2로부터 j-번째 시간 스텝에서의 제어출력은 하기 수학식 4와 같이 구할 수 있다.The control output at the j-th time step from Equation 2 can be obtained as Equation 4 below.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112010066642942-pat00010
Figure 112010066642942-pat00010

하기 수학식 5의 디오판틴(Diophantine) 식을 만족하도록 수학식 4를 구할 수 있다.Equation 4 may be obtained to satisfy the diophantine equation of Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112010066642942-pat00011
Figure 112010066642942-pat00011

상기 수학식 5에서,

Figure 112010066642942-pat00012
이다.In Equation 5,
Figure 112010066642942-pat00012
to be.

상기 수학식4와 수학식5를 이용하여 j-번째 시간 스텝에서의 제어출력을 하기 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.Using Equation 4 and Equation 5, the control output at the j-th time step may be expressed as Equation 6 below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112010066642942-pat00013
Figure 112010066642942-pat00013

상기 수학식 6에서,In Equation 6,

Figure 112010066642942-pat00014
Figure 112010066642942-pat00014

Figure 112010066642942-pat00015
이다.
Figure 112010066642942-pat00015
to be.

상기 수학식6을 이미 알고 있는 항과 미래의 예측항을 구분하여 정리하면 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.Equation (6) can be expressed as shown in Equation 7 below by dividing the known term and the future prediction term.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112010066642942-pat00016
Figure 112010066642942-pat00016

Figure 112010066642942-pat00017
Figure 112010066642942-pat00017

상기 수학식 7을 간략히 하여 j-번째 시간 스텝에서의 제어기 출력을 정리하면 하기 수학식 8과 같다.By simplifying Equation 7, the controller output in the j-th time step is summarized as Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112010066642942-pat00018
Figure 112010066642942-pat00018

이와 같이, 제어부(20)는 파라미터 근사를 통해서 모델 파라미터인 다항식 A와 B를 결정할 수 있고, 결정된 A, B에 따라서 예측시간(prediction horizon) 동안의 원자로의 출력을 예측할 수 있다. 제어부(20)는 원자로 출력이 원하는 출력이 되도록 하는 붕소농도를 예측하여 원자로를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(20)는 온도 편차와 ASI 편차가 최소가 되도록 하는 붕산수 충전유량(211)과 순수 보충유량(212)을 최적화하여 출력부(10)에 제공할 수 있다.As such, the controller 20 may determine the model parameters polynomials A and B through parameter approximation, and predict the output of the reactor during the prediction horizon according to the determined A and B. The controller 20 may control the reactor by predicting boron concentration such that the reactor output is a desired output. That is, the controller 20 may optimize the boric water filled flow rate 211 and the pure water replenishment flow rate 212 to minimize the temperature deviation and the ASI deviation and provide it to the output unit 10.

출력부(10)는 최적화된 붕산수 충전유량(211)과 순수 보충유량(212)에 응답하여 붕산수 충전유량 조절 신호(221)와 순수 보충유량 조절 신호(222)를 원자로에 제공한다. 이에 의해, 원자로의 붕소농도는 자동으로 제어될 수 있다. The output unit 10 provides the reactor with a boric acid filled flow rate control signal 221 and a pure supplemental flow rate control signal 222 in response to the optimized boric water fill flow rate 211 and the pure water supplement flow rate 212. Thereby, the boron concentration of the reactor can be automatically controlled.

도 2a 내지 도 2d는 각각 본 발명의 실시예에 따라 모사계산된 원자로 출력, 축방향 출력분포, 붕산수 충전유량과 순수 보충유량, 및 제어봉 그룹의 위치를 나타내는 그래프이다.2A to 2D are graphs showing the reactor output, the axial output distribution, the borated water filling flow rate and the pure water filling flow rate, and the positions of the control rod groups, respectively, according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 원자로 출력이 목표 출력에 따라 제어되고, 도 2b를 참조하면, ASI가 붕소농도 자동제어장치에 의해 일정한 운전 범위(±10%) 이내로 제어되며, 도 2c는 붕산수 충전유량과 순수 보충유량이 자동적으로 제어되는 것을 알 수 있다. 도 2d는 제어봉 그룹의 위치를 나타낸다.Referring to FIG. 2A, the reactor output is controlled according to the target output. Referring to FIG. 2B, the ASI is controlled within a predetermined operating range (± 10%) by the boron concentration automatic control device, and FIG. It can be seen that the net replenishment flow rate is controlled automatically. 2d shows the position of the control rod group.

이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention have been described. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

1 : 원자로 붕소농도 자동제어장치 2 : 원자로
10 : 입력부 20 : 제어부
30 : 출력부1: Reactor boron concentration automatic control device 2: Reactor
10: input unit 20: control unit
30: output unit

Claims (7)

원자로와 터빈의 온도 편차 및 상기 원자로의 축방향 출력분포 편차를 이용하여 상기 원자로에 공급되는 붕산수 충전유량 및 순수 보충유량을 결정하는 제어부;를 구비하되,
상기 제어부의 입력과 출력에 대한 모델식은 하기 수학식 2로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 원자로 붕소농도 자동제어장치.
[수학식 2]
Figure 112012018231451-pat00029

상기 수학식 2에서, y는 n개의 제어출력변수를 나타내고, △u는 m개의 제어입력변수의 변화를 나타내고, ξ는 제로(zero) 평균값을 갖는 확률적 랜덤 노이즈 벡터 시퀀스를 나타내고, q-1은 백워드 시프트 연산자를 나타내고, A와 C는 nxn 모닉 행렬 다항식을 나타내며, B는 nxm 모닉 행렬 다항식을 나타내며, t는 시간을 나타낸다.And a controller configured to determine a boric acid water filling flow rate and a pure water replenishment flow rate supplied to the reactor using a temperature variation of a reactor and a turbine and a deviation of an axial output distribution of the reactor.
Reactor boron concentration automatic control device, characterized in that the model equation for the input and output of the control unit is represented by the following equation (2).
[Equation 2]
Figure 112012018231451-pat00029

In Equation 2, y represents n control output variables, Δu represents a change of m control input variables, ξ represents a stochastic random noise vector sequence having a zero mean value, and q −1 Denotes the backward shift operator, A and C denote the nxn morphic matrix polynomial, B denotes the nxm mnemonic matrix polynomial, and t denotes time. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도 편차 및 상기 축방향 출력분포 편차가 최소가 되도록 상기 붕산수 충전유량 및 상기 순수 보충유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 원자로 붕소농도 자동제어장치. The method of claim 1,
And the control unit controls the boron water filling flow rate and the pure water replenishment flow rate so that the temperature deviation and the axial output distribution deviation are minimum. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어부의 성능목표를 최적화하기 위한 목적함수는 하기 수학식 3으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 원자로 붕소농도 자동제어장치.
[수학식 3]
Figure 112012018231451-pat00021

상기 수학식 3에서,
Figure 112012018231451-pat00022
는 t시점 기준에서 j-스텝 후의 최적 예측값을 나타내고, w는 출력벡터에 대한 제한치를 나타내고, △u는 두 시간 스텝 사이의 제어입력변수의 변화를 나타내고, Q는
Figure 112012018231451-pat00023
의 가중값을 나타내고, R은 △u의 가중값을 나타내고, M은 제어구간을 나타내고, N은 예측구간을 나타내고, MM 행렬은 Diagonal(가중값1(M1), 가중값2(M2), 가중값3(M3))을 나타내며, t는 시간을 나타내고, 상기 가중값1은 상기 온도 편차에 적용되고, 상기 가중값2는 상기 축방향 출력분포 편차에 적용되며, 상기 가중값3는 상기 원자로의 제어봉 위치에 적용된다.The method of claim 1,
The objective function for optimizing the performance target of the control unit is boron concentration automatic control device, characterized in that represented by the following equation (3).
[Equation 3]
Figure 112012018231451-pat00021

In Equation 3,
Figure 112012018231451-pat00022
Denotes the optimal predicted value after j-step at the time point t, w denotes the limit for the output vector, Δu denotes the change of the control input variable between two time steps, and Q denotes
Figure 112012018231451-pat00023
Represents a weight value of Δu, M represents a control interval, N represents a prediction interval, and the MM matrix is Diagonal (weight 1 (M1), weight 2 (M2), weight 3 (M3)). ), T represents time, the weight value 1 is applied to the temperature deviation, the weight value 2 is applied to the axial output distribution deviation, and the weight value 3 is applied to the control rod position of the reactor. 제 1 항에 있어서,
상기 온도 편차 및 상기 축방향 출력분포 편차에 가중값을 적용하는 것을 특징으로 하는 원자로 붕소농도 자동제어장치.The method of claim 1,
And a weight value is applied to the temperature deviation and the axial output distribution deviation. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부에 의해 결정된 상기 붕산수 충전유량 및 상기 순수 보충유량에 기초하여 상기 원자로에 붕산수 충전유량 조절 신호 및 순수 보충유량 조절 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 원자로 붕소농도 자동제어장치.The method of claim 1,
And a boron water charge flow rate control signal and a pure water supplement flow rate control signal to the reactor on the basis of the boric acid water fill flow rate and the pure water replenishment flow rate determined by the control unit. 제 1 항에 있어서,
상기 원자로는 가압경수형 원자로를 포함하는 것을 특징으로 하는 붕소농도 자동제어장치.

The method of claim 1,
The reactor is a boron concentration automatic control device comprising a pressurized hard water reactor.

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