복수 알고리즘을 이용한 다수 실린더형 파력 발전기 최적화 해석

초록

여러 설계 분야에서 최소 비용으로 최대의 효율을 달성하는 것은 매우 중요한 목표이다. 그러나 설계 변수가 많을 경우, 이러한 과정은 많은 계산과 시간이 소요되어 최적화의 복잡성이 증가하게 된다. 이를 해결하기 위해 최적화 알고리즘을 활용하면 효율적이고 빠르게 최적의 설계 변수를 도출할 수 있다. 특히 파력 발전 시스템의 경우, 구조물의 크기와 배치 등이 발전 효율에 많은 영향을 미치므로 여러 변수들을 고려해야 한다. 최대 발전량을 생산하기 위해 파력 발전 구조물의 최적 형상과 배치를 찾는 것은 매우 중요하며, 이는 다양한 경우의 수를 포함하기 때문에 오랜 계산 과정이 필요하다. 본 연구에서는 수직 방파제 앞에 5개의 실린더형 파력 발전기들을 일렬로 배치한 조건에서 최적의 설계 변수를 도출하기 위해, 포텐셜 유동 기반의 수치조파수조와 Python 기반의 다양한 메타 휴리스틱 알고리즘을 결합하여 최적화 계산 프로세스를 개발하고 이를 활용하여 최적화 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 차분 진화 알고리즘과 입자 군집 최적화 알고리즘을 사용하여 최적화를 진행하였고, 이 두 알고리즘을 결합한 차분진화 입자군집 최적화 알고리즘을 이용하여 계산하였다. 최적화 계산 프로세스는 변수 후보군을 생성하고 이를 수치조파수조에 대입하여 계산을 수행하고, 계산된 결과를 알고리즘을 통해 입력 값을 자동으로 변화시켜 반복 계산을 수행하고, 발전량을 평가하는 과정을 반복한다. 이 과정을 통해 최대 발전량을 생산할 수 있는 최적의 설계 변수를 찾는다. 본 연구에서는 DEPSO를 활용하여 기존의 최적화 연구에서 DE와 PSO만을 사용했을 때에 비해 약 40%의 수렴 속도 향상을 이루었으며, 탐색 성능과 정확도를 개선했다. 또한, 여러 주기에 따른 최적화 결과를 도출하고 주기에 따른 설계 변수와 발전량의 경향성을 분석하였다.