A Study on Water Level Control of PWR Steam Generator at Low Power Operation and Transient States

저출력 및 과도상태시 원전 증기발생기 수위제어에 관한 연구

The water level control system of the steam generator in a pressurized water reactor and its control problems are analysed. In this work the stable control strategy during the low power operation and transient states is studied. To solve the problem, a fuzzy logic control method is applied as a basic algorithm of the controller. The control algorithm is based on the operator's knowledges and the experiences of manual operation for water level control at the compact nuclear simulator set up in Korea Atomic Energy Research Institute. From a viewpoint of the system realization, the control variables and rules are established considering simpler tuning and the input-output relation. The control strategy includes the dynamic tuning method and employs a substitutional information using the bypass valve opening instead of incorrectly measured signal at the low flow rate as the fuzzy variable of the flow rate during the pressure control mode of the steam generator. It also involves the switching algorithm between the control valves to suppress the perturbation of water level. The simulation results show that both of the fine control action at the small level error and the quick response at the large level error can be obtained and that the performance of the controller is improved.

가압경수로형 원자력발전소 수위제어시스템과 특히 저출력시 수위제어상의 문제점들이 분석 및 고찰되었으며 저출력으로 운전시의 여러 과도특성에서도 안정된 제어를 하고 급수펌프고장과 같은 큰 수위변동 발생시에는 신속한 수위응답을 얻기 위한 방법이 주로 연구되었다. 제어기의 기본 알고리즘으로 퍼지제어기법을 적용하였으며 여기에 필요한 제어규칙 및 알고리즘은 운전원의 지식과 한국원자력연구소에 설치된 교육훈련용 모의제어반에서의 수동운전경험을 바탕으로 설정되었다. 실제 시스템 구현관점에서 제어변수 및 적용규칙은 보다 간편한 튜닝과 입출력변수간의 영향을 고려하여 세워졌다. 저유량일 때 측정이 불량한 유량신호에 대해, 중기발생기를 압력제어모드로 운전할 때에는 유량차의 퍼지변수로서 우회급수밸브의 개도를 이용한 대체정보를 채용하였으며 수위오차의 크기에 따라 유량차의 소속함수를 달리하는 동적인 튜닝방법을 사용하였다. 또한 우회급수와 주급수밸브간 간단한 전환알고리즘의 적용으로 밸브절환시의 수위요동을 억제하고자 하였다. 시뮬레이션 결과 저출력구간에서 원자로출력변동에 대해 기존에 설치된 방법보다 안정된 제어를 하고 동적 튜닝의 적용으로 미세제어동작과 수위오차가 큰 영역의 제어에 대해 신속한 응답과 함께 제어성능이 개선되었음을 보였다.