Optimal Sampling Period of the Digital Control System for the Nuclear Power Plant Steam Generator Water Level Control

증기발생기 수위 제어를 위한 디지탈 제어기의 적정 샘플링 주기

A great effort has been made to improve the nuclear plant control system by use of digital technologies, and a long term schedule for the control system upgrade has been prepared with an aim to implementation in the next generation nuclear plane. In case of digital control system, it is important to decide the sampling period for analysis and design of the system, because the performance and the stability of a digital control system depend on the value of the sampling period of the digital control system. There is, however, currently no systematic method used universally for determining the sampling period of the digital control system. Generally, a traditional way to select the sampling frequency is to use 20 to 30 times the bandwidth of the analog control system which has the same system configuration and parameters as the digital one. In this paper, a new method to select the sampling period is suggested which takes into account of the performance as well as the stability of the digital control system. By use of the frying's model of steam generator, the optimal sampling period of an assumptive digital control system for steam generator level control is estimated and is actually verified in the digital control simulation system for KORI-2 nuclear power plant steam generator level control. Consequently, we conclude the optimal sampling period of the digital control system for KORI-2 nuclear power plant steam generator level control is 1 second for all power ranges.

최근 디지탈 기술을 응용하여 원자력 발전소 제어 시스템의 성능을 향상시키려는 많은 노력이 있어 왔고, 차세대 원자로에 구현할 것을 목표로 디지탈 제어 시스템 개발에 관한 장기적인 계획이 수립되어 있다. 디지탈 제어 시스템을 구축하고자 할 때 적정한 샘플링 주기를 정하는 것은 중요한 과정이다. 제어기의 안정성과 성능은 샘플링 주기에 밀접한 관련이 있다 현재 디지탈 제어기의 샘플링 주기를 체계적으로 정하는 전형적인 방법은 없다. 일반적으로 디지탈 제어기의 안정성을 고려해서 연속시간역 제어의 대역폭의 20∼30배의 역수 정도의 샘플링 주기를 흔히 쓴다. 이 논문에서는 안정성 뿐 아니라 시간역에서의 좋은 성능을 보장받을 수 있는 적정한 샘플링 주기를 얻을 수 있는 방법을 제시하였다. 이 방법으로 Irving의 모델을 이용하여 디지탈제어기의 적정 샘플링 주기를 예측하고, 고리 2호기의 마이크로 시뮬레이터와 WDPF 디지탈 제어기를 이용한 증기 발생기 수위제어 모사시스템에서 검증해 본 결과, 고리 2호기 원자력발전소 중기 발생기 수위제어를 위한 디지탈 제어기의 원자로 전 출력영역에 대한 적정 샘플링 주기 가 1초가 되는 것을 알게 되었다.