KR20230037815A - Automatic operation system and method for sluice of single action tidal power generation using real-time tide level estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실시간 실측 조위를 피팅한 모델로 조위를 예측하여 최대 배수량을 확보할 수 있는 개폐 개시 시점을 탐색함으로써, 조석 변화에 적응하며 수문을 자동 운전할 수 있게 하는 실시간 조위 예측방법을 이용한 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention is a creative assistance method using a real-time tide level prediction method that adapts to tidal changes and enables automatic operation of floodgates by predicting the tide level with a model fitted with real-time measured tide level and searching for the opening/closing start point that can secure the maximum displacement. It relates to a water gate automatic operation system and method for power generation.
조석현상에 따라 발생하는 조위와 방조제(또는 제방)를 축조하여 조성한 호수의 호수위 사이의 수두차(낙차)를 이용하여 전력을 생산하는 조지식 조력발전 방식 중에 밀물일 때에 전력을 생산하는 창조식 조력발전 방식은 썰물일 때에 배수량을 최대한 늘려야만 밀물일 때에 최대 발전량을 얻을 수 있으므로, 배수를 위해 설치한 수문(주수문, 배수갑문)의 운영 방법이 매우 중요하다.A tidal power generation method that produces electricity by using the water head difference (drop) between the water level (drop) between the lake and the lake created by constructing an embankment (or embankment) and the tidal level generated by tidal phenomena. In the tidal power generation method, the maximum amount of power generation can be obtained at high tide only when the amount of drainage is maximized at low tide, so the operation method of the water gates (main sluice gate, drainage gate) installed for drainage is very important.
도 1은 창조식 조력발전을 위한 수차 및 수문의 가동 시점을 보여주는 그래프이다.1 is a graph showing the operation time of a water wheel and a water gate for creative tidal power generation.
조위()는 평균해수위(M.S.L)를 기준으로 대략 하루 2회의 주기성을 갖는 정현파 형태로 변동한다. condolence( ) fluctuates in the form of a sinusoidal wave with a periodicity of about twice a day based on the mean sea level (MSL).
그리고, 창조식 조력발전소에서는 조위()가 호수위()보다 높을 때에 수두차()에 의한 수압차를 이용하여 수차를 회전시켜 전력을 생산하고, 전력을 생산할 때에 호수로 유입된 해수를 조위가 호수위보다 낮을 때에 외해로 배수하여 다음 주기에 외해의 해수를 호수로 유입시키며 전력을 생산할 수 있게 한다. 실제 조력발전소를 운영할 시에 수차를 가동시켜 전력을 생산하는 발전 기간은 전력량을 최대한 확보할 수 있는 발전개시수두차()일 때부터 수차를 가동시켜 전력 생산할 수 있는 최소발전수두차()일 때까지 또는 호수위가 관리수위에 도달할 때까지이므로, 발전대기 동작, 발전 동작, 배수대기 동작 및 배수 동작으로 이루어지는 일련의 동작을 조위의 주기에 맞춰 반복한다.And, in the creative tidal power plant, the tidal level ( ) is on the lake ( ) when it is higher than the head difference ( ) generates electricity by rotating an aberration using the water pressure difference caused by the water pressure, and when generating electricity, the seawater that flows into the lake is drained to the open sea when the tide level is lower than the lake, and the seawater from the open sea flows into the lake in the next cycle. make it possible to produce When operating an actual tidal power plant, the power generation period during which the aberration is operated to produce power is the power generation start-up head difference ( ), the minimum power generation head difference ( ) or until the lake level reaches the management water level, a series of operations consisting of standby operation for power generation, operation for power generation, standby operation for drainage, and drainage operation are repeated according to the cycle of the tidal level.
여기서 알 수 있듯이, 호수에 유입된 해수의 배수량을 배수 동작 시기에 최대한 늘려야만, 발전 동작에서의 전력 생산량을 최대한 확보할 수 있다.As can be seen from this, it is necessary to increase the amount of seawater introduced into the lake as much as possible at the time of the drainage operation to ensure the maximum amount of power generation in the power generation operation.
그런데, 수문을 가동시키는 권양기의 권양능력과 수문의 높이에 의해서 수문 개방할 시에 소정의 시간이 소요되고, 수문 폐쇄할 시에도 소정의 시간이 소요된다. 창조식 조력발전 방식을 채택한 시화호 조력발전소를 예를 들면, 수문 개방 소요 시간과 수문 폐쇄 소요 시간은 각각 대략 24분 정도이다. 이에, 배수량을 최대한 확보할 수 있는 수문 개방을 위한 가동 시점(또는 가동 시점의 수두차)과 수문 폐쇄를 위한 가동 시점(또는 가동 시점의 수두차)을 미리 탐색하여, 탐색한 가동 시점에 맞춰 수문을 가동시켜야 한다.However, due to the lifting capacity of the winch that operates the water gate and the height of the water gate, a predetermined time is required to open the water gate, and a predetermined time is also required to close the water gate. Taking the Sihwa Lake tidal power plant, which adopts the creative tidal power generation method as an example, the time required for opening and closing the gates is approximately 24 minutes, respectively. Therefore, by searching in advance the operation time (or water head difference at the time of operation) for opening the floodgate and the operation time (or water head difference at the time of operation) for closing the water gate at which the maximum displacement can be secured, the sluice gate is matched to the searched operation time point. should be activated.
본 발명 출원인의 등록특허 제10-1792190호에 개시된 바에 따르면, 최적의 수문개방수두차와 수문폐쇄수두차를 조위 예측 자료, 조지 자료 및 관리 수위에 따라 미리 탐색한 후, 실측한 조위 및 호수위에 따라 수두차를 모니터링하여 수문 개폐 시기를 결정함으로써, 배수량을 최대한 확보할 수 있다.According to the patent registration No. 10-1792190 of the applicant of the present invention, after searching in advance for the optimal sluice gate opening and closing head differences according to the tide level prediction data, geographic data and management water level, the measured tide level and lake level By monitoring the water head difference and determining the time to open and close the water gate, it is possible to secure the maximum amount of displacement.
하지만, 최적의 수문개방수두차와 수문폐쇄수두차를 탐색하기 위해 사용하는 조위 예측 자료는 조위관측소(검조소)에서 실측한 데이터를 기반으로 조화분석한 결과에 따라 조석의 단주기 변화(약 1개월 이내의 변화) 또는 장주기 변화(1년 주기의 변화)를 예측한 자료이므로, 실측 조위와는 차이가 날 수 있다. However, the tidal level prediction data used to search for the optimal sluice gate opening and closing head difference is based on the data measured at the tidal level observation station (tide station), and the short-period change of the tide (approximately 1 Since it is data that predicts changes within a month) or long-term changes (changes within a year), it may differ from the actually measured tide level.
즉, 조화분석은 조화상수(진폭 및 위상)를 갖는 복수의 주기 함수(또는 분조의 주기 함수)로 표현한 조위 수치모델식을 사용하는 분석 방법으로서, 이때의 조화상수를 실측 데이터를 이용하여 구함으로써, 각각의 조석에서 상이하게 나타나는 조위를 수치모델식을 이용하여 예측할 수 있다. In other words, harmonic analysis is an analysis method using a numerical model of the level of tide expressed as a plurality of periodic functions (or periodic functions of tidal waves) having harmonic constants (amplitude and phase). , the tidal level that appears differently in each tide can be predicted using a numerical model formula.
하지만, 도 2에 예시한 보름 기간의 조석에서 알 수 있듯이, 조위는 기상 조건 등의 영향을 받아서 조화분석을 통해 예측한 조위와 상이하여 조위편차(실측조위와 예측조위 사이의 편차)를 보일 수 있다. 다시말해서, 도 2에 예시한 보름 기간의 30 조석을 살펴보면, 매 조석마다 상이하게 나타나는 패턴은 조화분석에서 사용한 조위 수치모델식을 이용하여 예측할 수 있으나, 기상 조건 등의 영향까지 정확하게 반영하기 어렵다.However, as can be seen from the tide of the 15-day period illustrated in FIG. 2, the tide level may be different from the tide level predicted through harmonic analysis due to the influence of meteorological conditions, etc. there is. In other words, looking at the 30 tides of the full moon period illustrated in FIG. 2, the patterns that appear differently for each tide can be predicted using the tide level numerical model formula used in harmonic analysis, but it is difficult to accurately reflect the influence of weather conditions and the like.
이에, 시화호 조력발전소에서는 조석의 크기에 따라 큰 차이를 보이지 않는 최적 수문개방수두차를 일률적인 값으로 적용하고, 조석의 크기에 따라 차이가 큰 최적 수문폐쇄수두차는 조석의 크기를 대조기, 중조기 및 소조기로 분류하여 적용한 운영 기준을 수립하고, 발전소 근무자가 예측 조위와 실측 조위의 변동을 참조하여 조석의 크기를 결정하게 한다. 그리고, 실측하여 얻는 수두차에 따라 자동으로 수문을 개폐하는 방식으로 운영하게 하였다..Therefore, in the Sihwa Lake tidal power plant, the optimal sluice gate opening head difference, which does not show a large difference according to the size of the tide, is applied as a uniform value, and the optimal sluice gate closing head difference, which differs greatly according to the size of the tide, is applied according to the size of the tide. Establish the operation standards applied by classifying the tide level and the tide level, and let the power plant worker determine the size of the tide by referring to the fluctuations in the predicted tide level and the measured tide level. In addition, it was operated in a way that automatically opens and closes the floodgates according to the water head difference obtained through actual measurement.
하지만, 이러한 수문 운영 방식은 완전 자동화할 수 없고, 조석의 크기를 3단계로 분류함에 따라 매 조석마다 상이한 조위에 맞춰 최적 운영하기란 불가능하고, 특히, 기상조건 등에 따라 달라지는 실제 조위에 적응적으로 대처하여 운영할 수 없으므로, 최대 가능한 배수량과는 차이나는 배수 손실을 유발한다.However, this sluice operation method cannot be fully automated, and it is impossible to operate it optimally according to the different tide level for each tide as the size of the tide is classified into three stages. cannot be operated in response, resulting in drainage losses that differ from the maximum possible displacement.
한편, 실시간 측정한 해수위의 변화를 적응적으로 반영하여 조위를 예측하는 기술도 공지되어 있으나, 이러한 기술은 조화분석에 사용되는 조위 수치모델식에서 조화상수를 해수위 변화에 따라 조정하는 기술로서, 매 조석을 표현하는 조위 수치모델식의 정확도를 높일 수는 있으나, 점진적으로 실시간 변동하는 조위를 정확하게 표현하는 데 한계가 있다. 이에 따라, 최대 배수량을 얻기 위해서 조위 변화에 따라 수문의 개폐 시점을 결정하여야 하는 수문 운영에 적용하면, 개폐 시점을 최적으로 결정하지 못하게 될 수 있다. On the other hand, a technique for predicting the tide level by adaptively reflecting the change in sea level measured in real time is also known, but this technique is a technique of adjusting the harmonic constant according to the change in sea level in the tide level numerical model used for harmonic analysis, It is possible to increase the accuracy of the tide level numerical model formula expressing , but there is a limit to accurately expressing the tide level that gradually fluctuates in real time. Accordingly, when applied to the operation of a sluice gate in which the opening/closing timing of the sluice gate must be determined according to the change in tidal level in order to obtain the maximum displacement, the opening/closing timing may not be optimally determined.
따라서, 본 발명은 최적의 수문 개폐 시점을 탐색할 구간보다 앞서 실측되는 조위를 그대로 반영한 조위 예측 모델을 얻은 후, 점진적으로 변화하는 조위를 추종하도록 적응적으로 업데이트하여, 탐색할 구간의 조위를 보다 정확하게 예측할 수 있고, 예측한 조위에 따라 최적의 수문 개폐 시점을 얻어 수문을 자동 운용할 수 있는 실시간 조위 예측방법을 이용한 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템 및 방법을 제공하는 데 목적을 둔다.Therefore, the present invention obtains a tidal level prediction model that reflects the measured tide level as it is before the section to search for the optimal opening and closing time of the floodgate, and then adaptively updates it to follow the gradually changing tide level, so that the tide level in the section to be searched is more accurate. The objective is to provide an automatic floodgate operation system and method for creative tidal power generation using a real-time tide level prediction method that can accurately predict and automatically operate the floodgate by obtaining the optimal opening and closing time according to the predicted tide level.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 실측 조위 및 실측 호수위를 얻는 수위 관측부(200)와, 수문(10)을 제어하는 수문 제어부(100)를 포함하는 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템에 있어서, 상기 수문 제어부(100)는 수문 개방 시기에 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 개방 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 개방시기 각속도 모델 생성부(110); 수문 개방 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 개방 시점에 수문(10)을 개방 제어하는 개방 제어부(120); 수문 폐쇄 시기보다 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 폐쇄 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130); 수문 폐쇄 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 폐쇄에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 폐쇄 시점에 수문(10)을 폐쇄 제어하는 폐쇄 제어부(140);를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an automatic floodgate operation system for creative tidal power generation, which includes a water
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수위 관측부(200)에서 측정하여 얻는 실측 조위 및 실측 호수위에 따라 수문(10)의 개폐 동작을 제어하는 수문 제어부(100)에 의한 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법에 있어서, 수문 개방 시기에 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 개방 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10); 수문 개방 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 개방 시점에 수문(10)을 개방 제어하는 개방 제어단계(S20); 수문 폐쇄 시기보다 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 폐쇄 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 폐쇄시기 각속도 모델 생성단계(S30); 수문 폐쇄 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 폐쇄에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 폐쇄 시점에 수문(10)을 폐쇄 제어하는 폐쇄 제어단계(S40); 를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention automatically controls the opening and closing operation of the
본 발명은 수문 개폐 시기 직전의 실측 조위를 피팅한 모델을 사용함으로써, 수문 개폐 시기의 조위를 보다 정확하게 예측할 수 있고, 수문 개폐 시기에도 실측 조위에 적응적으로 실시간 업데이트한 모델을 사용하여 최대 배수량을 확보하기 위한 개폐 개시 시점을 보다 정확하게 탐색하여서, 최대 배수량을 확보하기 위한 수문 운전을 자동 수행하게 할 수 있다.The present invention can more accurately predict the water level at the time of opening and closing the water gate by using a model fitting the measured water level immediately before the time of opening and closing the water gate, and can calculate the maximum displacement by using a model that is adaptively updated in real time to the water level at the time of opening and closing the water gate. It is possible to more accurately search for an opening/closing start time to secure the water gate operation to secure the maximum displacement.
도 1은 창조식 조력발전을 위한 수차 및 수문의 가동 시점을 보여주는 그래프.
도 2는 보름 기간의 조석을 예시한 조위 그래프.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템의 블록 구성도.
도 4는 동수위 시점의 개도율과 방류량 사이의 상관 관계를 보여주는 표.
도 5는 수문 개방 시기(DO)의 조위를 예측하는데 사용할 각속도 모델을 생성하기 위해 탐색한 만조위 및 변곡점과, 수문 개방 시기(DO)에 탐색한 최적의 개방 개시 시점(tO)과, 수문 폐쇄 시기(DC)의 조위를 예측하는데 사용할 각속도 모델을 생성하기 위해 탐색한 간조위와, 수문 폐쇄 시기(DC)에 탐색한 최적으로 폐쇄 개시 시점(tC)을 보여주는 조위 및 호수위 그래프.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법의 순서도.1 is a graph showing the operation time of a water wheel and a water gate for creative tidal power generation.
Figure 2 is a tide level graph illustrating the tide of the full moon period.
3 is a block diagram of an automatic sluice gate operation system for creative tidal power generation according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a table showing the correlation between the opening rate and the discharge amount at the time of the same water level.
5 shows the high tide level and the inflection point searched for to generate an angular velocity model used to predict the tide level at the time of opening the water gate (DO ), the optimal opening start time (t O ) searched for at the time of opening the water gate (DO ) , and . _ _ graph.
6 and 7 are flow charts of a method for automatically operating a water gate for creative tidal power generation according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다.Hereinafter, specific and various examples will be shown and described so that those skilled in the art can easily practice the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시 예에 따른 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템은 창조식 조력발전소에서 조위가 호수위보다 높은 시기에 수차 발전기를 가동시킴에 따라 호수로 유입된 해수를 조위가 낮은 시기에 수문을 통해 배수하도록 수문을 자동 개폐시키는 시스템으로서, 최대 배수량을 확보할 수 있는 개방 개시 시점과 폐쇄 개시 시점을 실측 조위에 적응하는 조위모델을 사용하여 탐색하고, 탐색한 시점에 맞춰 수문을 제어한다.According to an embodiment of the present invention, the water gate automatic operation system of the creative tidal power plant operates the aberration generator at a time when the tide level is higher than the lake level in the creative tidal power plant, so that the seawater flowing into the lake is opened at the time when the tide level is low. It is a system that automatically opens and closes the floodgates to drain water through, searches for the opening and closing times that can secure the maximum displacement by using a tide level model that adapts to the measured tide level, and controls the floodgates according to the searched times.
조석은 대략 12시간 25분의 주기성을 갖지만, 정확하게는 주기, 진폭 및 위상이 상이한 분조의 합으로 나타나서, 주기별 조석이 상이하고, 매 조석 사이에도 서서히 변화한다.Although the tide has a periodicity of approximately 12 hours and 25 minutes, it is precisely represented by the sum of minute tides with different periods, amplitudes, and phases, so that the tides for each period are different and gradually change between each tide.
본 발명은 이러한 매 조석의 변화에 적응하는 조위모델을 사용하여서, 배수할 시기의 조위를 보다 정확하게 예측하고, 특히, 대기압, 바람, 강수, 계절 등의 기상 영향에 의한 조위 변화에도 적응하여서 배수할 시기의 조위를 보다 정확하게 예측할 수 있다. 이러한 조위모델을 이용하여 최대 배수량 확보를 위한 수문 자동 운전이 가능하고, 결국, 수차 발전기로 생산할 수 발전량을 최대한 확보할 수 있게 한다.The present invention uses a tide level model that adapts to the change of each tide, more accurately predicts the tide level at the time of draining, and in particular, adapts to changes in the tide level due to meteorological influences such as atmospheric pressure, wind, precipitation, and season. It is possible to more accurately predict the tide level of the season. Using this tidal level model, it is possible to automatically operate the water gate to secure the maximum displacement, and eventually secure the maximum amount of power that can be produced by the water turbine generator.
이를 위한 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템은 도 3의 블록 구성도에 도시한 바와 같이 조위 및 호수위를 실시간 측정하여 실측 조위 및 실측 호수위를 실시간 획득하는 수위 관측부(200)와, 조위 예측을 위한 조위 모델을 실측 조위에 따라 생성 및 실시간 업데이트하면서, 수문(10)을 개방하거나 폐쇄할 시에 소요되는 시간만큼 경과할 때의 조위 및 호수위를 미리 예측하여서, 후술하는 개시 시점 선정 기준에 부합할 시에 수문(10)을 개폐 제어하는 수문 제어부(100)를 포함한다.As shown in the block configuration diagram of FIG. 3, the floodgate automatic operation system of creative tidal power generation for this purpose includes a water
상기 수문(10)은 본 발명에 의해 개폐 제어되는 대상으로서, 호수로 유입된 해수를 배수할 수 있는 모든 배수 통로의 수문을 포함한다. 일반적으로서, 발전기가 설치된 수차에도 수문을 설치하여서 외해의 해수를 호수로 유입시키기 위해 수차의 수문을 개방하여 발전기를 가동시키고, 배수할 시에도 수차의 수문을 개방하여 호수의 해수를 방류하는 데 사용하므로, 이 경우에 상기 수문(10)은 수차에 설치한 수문을 포함한다. 또한, 시화호 조력발전소를 예를 들면, 수문(10)은 운용 목적에 따라 구분되는 주수문과 배수갑문을 포함하여서, 배수하는데 사용할 수 있는 주수문, 배수갑문 및 수차를 모두 포함하는 확장된 의미를 갖는다. 예시적으로 시화호 조력발전소에서 배수할 시에 이용되는 주수문, 배수갑문 및 수차의 배수 부담률을 대략적으로 살펴보면, 주수문에서 67%, 배수갑문에서 9%, 수차에서 24%를 부담하며 배수시키게 설치 운용되고 있다.The
상기 수위 관측부(200)는 외해의 해수면 높이로부터 조위를 측정하는 조위 관측부(210)와, 창조식 조력발전을 위해 방조제(또는 조력댐, 제방)를 축조하여 조성된 호수의 수위를 측정하는 호수위 관측부(220)를 포함하여, 실측 조위 및 실측 호수위를 실시간 얻는다.The water
여기서, 상기 수위 관측부(200)는 가능하면 측정 주기를 짧게 하여, 실시간 변화를 보다 정확하게 반영한 측정 데이터를 얻게 함으로써, 상기 제어부(100)에서 보다 정확한 조위 모델을 기반으로 조위를 예측하고, 보다 정확한 호수위를 반영하며 최적의 개폐 시점을 보다 정밀하게 탐색할 수 있게 하는 것이 좋다. 예를 들어, 창조식 조력발전소로 운용하는 시화호 조력발전소에는 1분 단위로 측정하여서, 실시간 변화가 보다 정확하게 반영된 측정 데이터를 얻는다.Here, the water
이러한 상기 수위 관측부(200)는 공지의 구성이고, 실제 조력발전소 자체에 설치 운용되는 구성이므로 상세 설명을 생략한다.Since the water
상기 수문 제어부(100)는 최대 배수량을 확보하기 위한 수문 개방 개시 시점 및 폐쇄 개시 시점을 선정할 시에 적용할 개시 시점 선정 기준이 미리 설정되어 있으며, 수문(10)의 개방 동작을 제어하기 위한 개방시기 각속도 모델 생성부(110) 및 개방 제어부(120)와, 수문(10)의 폐쇄 동작을 제어하기 위한 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130) 및 폐쇄 제어부(140)를 포함한다.The
먼저, 상기 개시 시점 선정 기준에 대해서 설명한다.First, the starting point selection criteria will be described.
수문(10)을 개방시키면, 개도율이 개방 개시 시점의 완전 폐쇄 상태인 0%에서 시작하여 점차 높아진 후 개방 완료한 시점의 완전 개방 상태인 100%에 도달하는 데 소정의 시간이 소요된다. 마찬가지로, 수문(10)을 폐쇄시키면, 개도율이 폐쇄 개시 시점의 완전 개방 상태인 100%에서 시작하여 점차 낮아진 후 폐쇄 완료 시점의 완전 폐쇄 상태인 0%에 도달하는 데 소정의 시간이 소요된다. 시화호 조력발전소에 설치 운용하는 수문을 예를 들면, 수문의 무게가 수백 톤(ton)에 이르고, 수문의 높이가 12m이며, 수문을 개폐하는 권양기의 권양능력은 0.5m/분이다. 이러한 수문을 개방하는 데 대략 24분이 소요되고, 수문을 폐쇄할 때에도 개방 시간과 비숫한 대략 24분이 소요된다.When the
따라서, 수문의 개방 개시 시점을 조위와 호수위가 동일한 동수위 시점에 맞추고, 수문의 폐쇄 개시 시점도 동수위 시점에 맞추면, 역류 없이 방류할 수는 있으나, 개시 시점 이후 소정 시간동안 호수로 역류할지라도 동수위 시점보다 앞서 개방 개시하고, 마찬가지로 동수위 시점보다 앞서 폐쇄 개시하는 경우보다 총 배수량이 적게 된다. Therefore, if the opening start time of the floodgate is set to the same water level point as the tidal level and the lake level, and the start point of the gate closing is also set to the same water level time point, the discharge can be performed without backflow, but the flow back into the lake for a predetermined time after the start point is possible. However, the total displacement is smaller than in the case of starting to open before the time of the same water level and starting to close before the time of the same water level.
이에, 출원인은 개방 및 폐쇄할 시의 동수위 시점 개도율이 배수량에 미치는 영향을 분석하기 위해서, 시화호 조력발전소에서 얻은 1년 기간의 705개 조석에 관련된 데이터를 활용하여 도 4의 표로 보여주는 결과를 얻었다.Accordingly, in order to analyze the effect of the opening rate at the same water level at the time of opening and closing on the displacement, the applicant utilized the data related to 705 tides for a period of one year obtained from the Sihwa Lake Tidal Power Plant and presented the results shown in the table of FIG. got it
도 4의 표에서 보여주는 배수량은 개방할 시 동수위 시점에 맞추는 개도율(개방 개도율)과 폐쇄할 시 동수위 시점에 맞추는 개도율(폐쇄 개도율)을 각각 0%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80% 및 100%로 변경하면서 얻은 배수량이다. 여기서 배수량을 부(-)의 부호로 표시한 것은 호수의 해수를 외해로 배수한다는 의미이다. The displacement shown in the table of FIG. 4 is 0%, 20%, 40%, 0%, 20%, 40%, respectively. These are the multiples obtained by changing to 50%, 60%, 80% and 100%. Here, the negative (-) sign for the displacement means that the seawater in the lake is drained into the open sea.
예를 들어, 개방 시간 및 폐쇄 시간이 각각 24분인 수문에 대해 설명하면, 개방 개도율 0% 및 폐쇄 개도율 0%인 경우의 배수량은 동수위일 때에 개방 개시하고 동수위일 때에 완전 폐쇄되도록 24분 앞서 폐쇄 동작을 개시할 시에 배수되는 총 배수량이다. For example, in the case of a sluice gate with an opening time and a closing time of 24 minutes, respectively, the amount of drainage in the case of an open opening rate of 0% and a closed opening rate of 0% is 24 minutes prior to opening and starting when the water level is equal and completely closing when the water level is equal. This is the total displacement amount drained when the closing operation is initiated.
상기 도 4의 표에서 보여주는 배수량을 살펴보면, 개방 개도율 및 폐쇄 개도율이 각각 40~60% 범위 내의 값을 갖도록 개폐할 시에 상대적으로 배수량을 늘릴 수 있다. 보다 자세하게 살펴보면, 개방 개도율 및 폐쇄 개도율이 각각 40~60% 범위 내의 값을 갖되 개방 개도율 및 폐쇄 개도율 중에 적어도 어느 하나의 개도율은 50% 값을 갖는 경우에 최대 배수량을 얻을 수 있다. 실제로는, 개방 개도율 및 폐쇄 개도율을 모두 50%로 하였을 시에 최대 배수량을 얻을 수 있으나, 창조식 조력발전소의 운용 여건에 따라 50%로 하지 않더라도 40~60% 범위 내의 값으로 하는 것이 좋다.Looking at the displacement amount shown in the table of FIG. 4, the displacement amount can be relatively increased during opening and closing so that the open rate and the closed rate have values within the range of 40 to 60%, respectively. Looking more closely, the maximum displacement can be obtained when the open rate and the closed rate have values within the range of 40 to 60%, and at least one of the open rate and closed rate has a value of 50%. . In practice, the maximum displacement can be obtained when both the open rate and the closed rate are set to 50%, but depending on the operating conditions of the creative tidal power plant, it is better to set the value within the range of 40 to 60% even if it is not set to 50%. .
이에, 동수위일 때의 개방 개도율 및 폐쇄 개도율을 각각 40~60% 범위 내에서 기설정하여 둔다.Accordingly, the open opening rate and the closed opening rate at the same water level are preset within a range of 40 to 60%, respectively.
그리고, 상기 개시 시점 선정 기준은 조위와 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 하는 것으로 정해둔다. 즉, 개방 개시 시점은 수문(10)의 개방 동작을 개시하여 점차 증가하는 개도율이 기설정 개방 개도율에 도달할 시에 동수위가 되게 하는 시점으로 선정하고, 폐쇄 개시 시점은 수문(10)의 폐쇄 동작을 개시하여 점차 감소하는 개도율이 기설정 폐쇄 개도율에 도달할 시에 동수위가 되게 하는 시점으로 선정한다.In addition, the starting time selection criterion is determined to be a predetermined opening rate when the tidal level and the lake level are at the same water level. That is, the opening start time is selected as the time when the opening operation of the
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 설명에서는, 기설정 개방 개도율과 기설정 폐쇄 개도율을 각각 50%로 설정하고, 수문(10)은 개방 동작 및 폐쇄 동작할 시에 동작 개시 시점부터 동작 종료 시점까지 일정한 비율로 개도율이 변화하여 24분이 소요되며, 상기 수위 관측부(200)에서 1분 주기로 조위 및 호수위를 측정하는 경우의 실시 예로서 설명하지만, 이는 이해하기 쉽게 하기 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, in the description of the embodiment of the present invention, the preset open opening rate and the preset closed opening rate are set to 50%, respectively, and the operation of the
즉, 본 발명의 실시 예에서 상기 개시 시점 선정 기준에 따라 선정되는 개방 개시 시점 및 폐쇄 개시 시점은 50% 개도율에서 동수위가 되게 하는 개시 시점으로 탐색되게 하며, 이에 따라 동수위가 되는 시점보다 12분 앞서 동작 개시되게 한다.That is, in the embodiment of the present invention, the opening start time and the close start time selected according to the start time selection criterion are searched for as the start time that becomes the same water level at the 50% opening rate, and accordingly, the same water level. Let the operation start 12 minutes earlier.
이러한 개방 개시 시점 및 폐쇄 개시 시점을 탐색하기 위해서, 조위를 예측하기 위한 조위모델을 사용하여, 상기 수위 관측부(200)의 관측 주기인 1분마다 적어도 12분 후까지의 조위를 예측하며 개방 개시 시점 및 폐쇄 개시 시점을 탐색한다.In order to search for the start time of opening and the start time of closing, a tide level model for predicting the tide level is used to predict the water level until at least 12 minutes after every 1 minute, which is the observation period of the
이때의 조위 예측 모델은 후술하는 바와 같이 각속도 모델을 기본 모델로 사용하되, 수문 개방 시기에 사용할 각속도 모델과 수문 폐쇄 시기에 사용할 각속도 모델로 구분하여 사용하고, 각속도 모델의 오차에 따라 선택적으로 다항식 모델을 대체 사용한다.The tidal level prediction model at this time uses the angular velocity model as the basic model, as described later, but uses the angular velocity model to be used at the time of opening the gate and the angular velocity model to be used at the time to close the gate. Polynomial model is selectively used according to the error of the angular velocity model use instead
도 5를 참조하며 수문 제어부(100)에 대해 상세하게 설명한다.Referring to FIG. 5, the
도 5는 수문 개방 시기(DO)의 조위를 예측하는데 사용할 각속도 모델을 생성하기 위해 탐색한 만조위(HH) 및 변곡점과, 수문 개방 시기(DO)에 탐색한 최적의 개방 개시 시점(tO)과, 수문 폐쇄 시기(DC)의 조위를 예측하는데 사용할 각속도 모델을 생성하기 위해 탐색한 간조위(HL)와, 수문 폐쇄 시기(DC)에 탐색한 최적으로 폐쇄 개시 시점(tC)을 보여주는 조위 및 호수위 그래프이다.5 shows the high tide level (H H ) and inflection points searched for to generate an angular velocity model to be used to predict the tide level at the time of opening the water gate ( DO ), and the optimal opening start time (searched for at the time of opening the water gate (DO ) ) ( t O ), the low tide level (H L ) searched for to generate an angular velocity model to be used to predict the tide level at the sluice gate closure time (D C ), and the optimal closing start time (D C ) searched for at the sluice gate closure time (D C ) It is a graph of tide level and lake level showing t C ).
상기 개방시기 각속도 모델 생성부(110)는 수문 개방 시기(DO)에 앞서 1분 단위로 측정한 실측 조위를 cos 함수로 피팅한 각속도 모델을 생성하여서 수문 개방 시기(DO)에 조위를 예측하는 데 사용하게 한다. 이를 위해서, 만조위(HH) 및 만조 이후의 변곡점을 탐색한 후, 만조위 및 변곡점에 따라 각속도 모델을 생성한다.The opening time angular
여기서, 수문 개방 시기(DO)는 조석의 주기성에 따라 정해질 수 있으나, 일반적으로 창조식 조력발전에서는 변곡점 이후로 정해지므로, 변곡점이 발현되어 각속도 모델을 얻은 이후로 정할 수 있다. 즉, 본 발명은 매 조석마다 만조위 및 변곡점을 탐색하여 각속도 모델을 얻은 이후부터 수문 개방 시기(DO)가 도래하는 것으로 할 수 있다.Here, the floodgate opening time ( DO ) can be determined according to the periodicity of the tide, but in general, it is determined after the inflection point in creative tidal power generation, so it can be determined after the inflection point is expressed and the angular velocity model is obtained. That is, according to the present invention, the water gate opening time DO arrives after obtaining the angular velocity model by searching for the high tide level and the inflection point at every tide.
수문 개방 시기에 사용할 각속도 모델은 탐색한 만조위(HH) 및 변곡점을 반영하여 아래의 수학식 1처럼 cos 함수로 생성한다.The angular velocity model to be used at the time of opening the floodgates is generated by the cos function as shown in Equation 1 below by reflecting the searched high tide level (H H ) and the inflection point.
상기 수학식 1에서, 진폭(H)는 만조위(HH)에서 변곡점 조위(HP)를 차감하여 얻는 값이고, 주기는 변곡점 시간에서 만조위 시간을 차감하여 얻는 값(T1/4,O)을 4배수한 값이다.In Equation 1, the amplitude (H) is a value obtained by subtracting the inflection point tide level (H P ) from the high tide level (H H ), and the period is a value obtained by subtracting the high tide level time from the inflection point time (T 1/4, O ) is a value multiplied by 4.
그리고, 상기 수학식 1로 표현된 각속도 모델은 만조위 시점을 t=0으로 하는 cos 함수이고, 변곡점 조위(HP)만큼 조위 축(y축)으로 쉬프트(shift)되어 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the angular velocity model expressed by Equation 1 is a cos function with the high tide level at t = 0, and is shifted to the tide level axis (y-axis) by the inflection point tide level (H P ).
그런데, 1분 간격으로 실측 조위를 얻으므로, 더욱 정확한 만조위(HH)를 탐색하기 위한 방편으로서, 실측 조위에 보간법(interpolation)을 적용하여 만조위(HH)를 탐색할 수 있다. However, since the measured tide level is obtained at 1-minute intervals, as a way to search for a more accurate high tide level (H H ), the high tide level (H H ) can be searched by applying an interpolation method to the measured tide level.
구체적인 방법으로서, 2차 다항식을 이용한 다항식 근사(Polynomial Approximation) 방법을 적용할 수 있다. 즉, 최대 실측 조위를 포함한 소정 기간 동안 얻는 실측 조위를 2차 다항식으로 근사화한 후, 2차 다항식에서 최대가 되는 값, 즉, 근의 공식으로 산출한 시점의 값을 얻어서, 상기 만조위(HH)의 값으로 선정할 수 있다. 이러한 보간법은 공지의 방법이고, 다항식 근사 방법 이외에도 다양한 방법이 공지되어 있는 바, 상세 설명은 생략한다.As a specific method, a polynomial approximation method using a second-order polynomial may be applied. That is, after approximating the measured tide level obtained for a predetermined period including the maximum measured tide level with a second-order polynomial, the maximum value in the second-order polynomial, that is, the value at the time calculated by the root formula is obtained, and the high tide level (H H ) can be selected as a value. This interpolation method is a known method, and since various methods other than the polynomial approximation method are known, a detailed description thereof will be omitted.
상기 변곡점은 실측 조위의 그래프에서 만조와 간조 사이의 부(-)의 값을 갖는 기울기가 최소인 지점으로서, 1분 간격으로 측정하는 실측 조위에서 시간적으로 인접하게 측정한 실측 조위 사이의 차이가 최소인 지점을 탐색하여 얻을 수 있다. 즉, 조위의 기울기는 만조위 이후의 썰물일 때에 점차 감소하다가 변곡점에서 최소가 되고 이후 간조위에 이를 때까지 점차 증가하므로, 변곡점을 기울기로 얻을 수 있다. 측정 주기가 1분인 경우에는 1분 간격으로 실시간 측정한 실측 조위에서 1분 전에 측정한 실측 조위를 차감하는 방식으로 기울기를 1분 간격으로 얻고, 그 기울기 변화를 모니터링하여 최소일 때를 상기 변곡점으로 선정한다.The inflection point is the point at which the slope having a negative (-) value between high tide and low tide is the minimum in the graph of the measured tide level, and the difference between the measured tide level measured temporally adjacent to the measured tide level measured at 1 minute intervals is the minimum. It can be obtained by exploring the in point. That is, the slope of the tide level gradually decreases at low tide after the high tide level, becomes minimum at the inflection point, and then gradually increases until reaching the low tide level, so that the inflection point can be obtained as the slope. If the measurement period is 1 minute, the slope is obtained at 1-minute intervals by subtracting the measured tide level measured 1 minute ago from the measured tide level measured in real time at 1-minute intervals, and the change in slope is monitored, and the minimum time is set as the inflection point. select
한편, 상기 변곡점을 더욱 정확하게 얻기 위해서, 최소 기울기가 탐색된 이후 소정의 시간 동안 추가로 기울기를 얻은 후, 탐색된 최소 기울기가 나타난 시간을 중심으로 한 소정 시간 동안 얻은 기울기 데이터에 보간법을 적용할 수 있다. 구체적인 방법으로서, 만조위를 탐색할 때에 적용한 방법을 적용하여서, 1분 간격으로 얻는 기울기 값을 2차 다항식으로 근사화한 후, 2차 다항식에서 최소가 되는 값, 즉, 근의 공식으로 산출한 시점의 값을 상기 변곡점으로 선정할 수 있다.Meanwhile, in order to more accurately obtain the inflection point, an interpolation method may be applied to gradient data obtained for a predetermined time centered on the time at which the minimum gradient appears after obtaining an additional gradient for a predetermined time after the minimum gradient is searched. there is. As a specific method, by applying the method applied when searching for the high tide level, after approximating the slope value obtained at 1-minute intervals with a quadratic polynomial, the minimum value in the quadratic polynomial, that is, the time point calculated by the root formula The value of can be selected as the inflection point.
이와 같이 선정한 상기 만조위(HH) 및 변곡점을 반영하는 cos 함수는 상기 수학식 1처럼 만조위(HH)와 변곡점 조위(HP) 사이의 차이를 진폭으로 하고, 변곡점 시간와 만조위 시간의 차이를 4배수하여 얻는 값을 조석 주기로 하며, 변곡점 조위(HP)를 상수로 더한 함수가 된다.The cos function reflecting the high tide level (H H ) and the inflection point selected in this way uses the difference between the high tide level (H H ) and the inflection point tide level (H P ) as an amplitude, as shown in Equation 1, and the The value obtained by multiplying the difference by 4 is the tidal period, and it becomes a function of adding the inflection point tidal level (H P ) as a constant.
상기 개방 제어부(120)는 각속도 모델을 생성한 이후 도래하는 수문 개방 시기(DO)에 1분 간격으로 다음의 3가지 동작을 반복한다.The
첫째 동작으로서, 실시간 측정한 실측 조위에 따라 각속도 모델을 실시간 업데이트하여 수문 개방 시기(DO)에서의 실측 조위를 보다 정확하게 나타내는 각속도 모델을 얻는다.As a first operation, the angular velocity model is updated in real time according to the measured tidal level measured in real time to obtain an angular velocity model that more accurately represents the measured tidal level at the opening time (DO ) .
둘째 동작으로서, 각속도 모델로 예측한 조위 오차에 따라 각속도 모델의 적합성을 판단하여 적합하다고 판단될 시에 각속도 모델을 개방시기 조위모델로 선택하고, 부적합하다고 판단될 시에는 실측 조위를 피팅한 다항식 모델을 개방시기 조위모델로 선택한다. As a second operation, the suitability of the angular velocity model is judged according to the tidal level error predicted by the angular velocity model, and if it is judged suitable, the angular velocity model is selected as the opening time tide level model. is selected as the opening period tide level model.
셋째 동작으로서, 선택한 개방시기 조위모델을 이용하여 예측하는 조위와 수문(10) 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율, 즉 50% 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 탐색한다.As a third operation, when the tidal level predicted using the selected opening time tide level model and the lake level predicted according to the opening of the
1분 간격으로 3가지 동작을 반복하는 중에 50% 개도율로 되게 할 개방 개시 시점이 탐색되면, 탐색한 개방 개시 시점에 맞춰 수문(10)을 개방시킨다.When the opening start time to achieve 50% opening rate is searched while repeating three operations at 1-minute intervals, the
구체적으로 설명하면, 실측 조위와 업데이트 전 각속도 모델로 산정한 실측 조위 측정 시점의 예측 조위 사이의 차이를 예측 오차로 하고, 그 예측 오차를 줄일 수 있도록 각속도 모델을 업데이트할 수 있다.Specifically, the difference between the measured tide level and the predicted tide level at the time of measurement of the actual tide level calculated by the angular velocity model before the update is set as a prediction error, and the angular velocity model can be updated to reduce the prediction error.
이때 진폭 또는 주기를 증감시키는 변수 a 및 b를 갖는 아래의 수학식 2와 같이 각속도 모델을 업데이트할 수 있다.At this time, the angular velocity model may be updated as shown in Equation 2 below having variables a and b that increase or decrease the amplitude or period.
즉, 조위는 진폭, 주기, 위상, 지각 등의 조화상수가 상이한 분조의 합성으로 나타나고, 여기서 기상의 영향을 받아서 만조위 및 변곡점으로 단순화한 cos 함수로 표현하기 어렵고, 직전의 조석에서 다음 조석으로 점차 변화하는데, 본 발명에서는 이러한 점진적인 변화에 적응하기 위해서, 각속도 모델을 1분 간격의 실측 조위에 따라 1분 간격으로 업데이트할 수 있게 한다.In other words, the tide level appears as a synthesis of tidal waves with different harmonic constants such as amplitude, period, phase, and perception. Here, it is difficult to express with a cos function simplified to high tide level and inflection point due to the influence of the weather, and it is difficult to express from the previous tide to the next tide. In the present invention, in order to adapt to such a gradual change, the angular velocity model can be updated at 1-minute intervals according to the measured tidal level at 1-minute intervals.
각속도 모델의 업데이트는 변곡점 이후의 실측 조위에 따라 수행하므로 다음과 같이 할 수 있다.Since the update of the angular velocity model is performed according to the measured tidal level after the inflection point, the following can be done.
실측 조위가 1분 전 각속도 모델, 즉 업데이트하기 이전의 각속도 모델로 산출한 예측 조위보다 클 경우에, 진폭을 감소시키거나 주기를 증가시키고, 실측 조위가 예측 조위보다 작은 경우에는 진폭을 증가시키거나 주기를 감소시켜서 실측 조위와의 오차를 줄일 수 있는 각속도 모델을 얻는다.If the measured tidal level is greater than the predicted tidal level calculated with the angular velocity model 1 minute ago, that is, the angular velocity model before updating, decrease the amplitude or increase the period, and if the measured tidal level is smaller than the predicted tide level, increase the amplitude or By reducing the period, an angular velocity model that can reduce the error with the measured tidal level is obtained.
그런데, 탐색한 변곡점은 매 조석마다 상이한 특성을 정확하게 반영하는 것은 아니고, 탐색 오차가 있을 수 있으므로, 주기를 우선적으로 수정하고, 주기를 수정하더라도 오차가 기설정 오차 이내로 감소하지 아니하고 지속적으로 발생할 시에 진폭을 추가 수정하는 방식으로 각속도 모델을 업데이트할 수도 있다.However, since the searched inflection point does not accurately reflect the different characteristics for each tide, and there may be a search error, the period is first corrected, and even if the period is corrected, the error does not decrease to within the preset error and continues to occur The angular velocity model can also be updated by further modifying the amplitude.
한편, 매 조석의 특성이 상이하므로, 실측 조위를 정확하게 나타낼 수 있는 모델로 업데이트하면 모델의 변동성이 심하여, 조석의 특성을 좇아가기 어려울 수 있다. 이에, 진폭 또는 주기는 1분 주기의 실측 조위에 따라 수정할 시에, 예측 오차가 기설정 오차 이상으로 발생할 경우에만 기설정된 수정값, 즉, 기설정 진폭 수정값 또는 기설정 주기 수정값만큼만 수정하는 것이 좋다. 즉, 기설정 오차 이상일 시에만 수학식 2에서 변수 a 또는 변수 b를 일정값만큼만 증감시키는 것이다.On the other hand, since the characteristics of each tide are different, if the model is updated with a model that can accurately represent the measured tide level, the variability of the model may be severe, making it difficult to follow the characteristics of the tide. Accordingly, when the amplitude or period is corrected according to the measured tidal level in a 1-minute period, the prediction error is corrected only by the preset correction value, that is, the preset amplitude correction value or the preset cycle correction value, only when the prediction error exceeds the preset error. It is good. That is, the variable a or variable b in Equation 2 is increased or decreased by a predetermined value only when the error is greater than or equal to the preset error.
다음으로, 현재보다 앞서 얻는 실측 조위를 다항식으로 피팅한 후 현재 조위를 다항식을 이용하여 외삽 보간(extrapolation)하여 예측하고, 다항식을 이용한 외삽 보간으로 예측한 현재 조위와 현재의 실측 조위 사이의 예측 오차를 얻는다. 또한, 업데이트하기 전 각속도 모델로 예측한 현재 조위와 현재의 실측 조위 사이의 예측 오차를 얻어서, 다항식으로 얻는 예측 오차와 비교한다. 이때, 다항식으로 얻는 예측 오차가 각속도 모델로 얻은 예측 오차 미만일 시에 다항식을 개방시기 조위 모델로 선택하고, 다항식으로 얻는 예측 오차가 각속도 모델로 얻은 예측 오차 이상일 시에는 각속도 모델을 개방시기 조위모델로 선택한다.Next, after fitting the measured tide level obtained earlier with a polynomial, the current tide level is predicted by extrapolation using the polynomial, and the prediction error between the current tide level predicted by extrapolation and interpolation using the polynomial and the current measured tide level. get In addition, the prediction error between the current tide level predicted by the angular velocity model before updating and the current measured tide level is obtained and compared with the prediction error obtained by the polynomial. At this time, when the prediction error obtained by the polynomial is less than the prediction error obtained by the angular velocity model, the polynomial is selected as the open season tide level model, and when the prediction error obtained by the polynomial is greater than the prediction error obtained by the angular velocity model, the angular velocity model is selected as the open season tide level model choose
여기서, 외삽 보간하기 위해 사용할 다항식 모델은 1차 다항식 및 2차 다항식을 모두 사용하여서, 조위 오차가 상대적으로 적은 다항식을 채택하는 것이 좋다.Here, as the polynomial model to be used for extrapolation and interpolation, it is preferable to adopt a polynomial having a relatively small level error by using both a first-order polynomial and a second-order polynomial.
실측 조위는 1분 간격으로 측정하므로, 1차 다항식 모델로 예측하는 현재 조위는 아래의 수학식 3으로 간략화한 산출식에 따라 얻을 수 있다.Since the measured tide level is measured at 1-minute intervals, the current tide level predicted by the first-order polynomial model can be obtained according to the formula simplified by Equation 3 below.
여기서, h(t)는 현재 조위의 예측값이고, h(t-1)는 1분전 실측 조위이고, h(t-2)는 2분전 실측 조위이다. Δh(t-1)는 1분전 실측 조위의 기울기이다. Here, h(t) is a predicted value of the current tide level, h(t-1) is the measured tide level 1 minute ago, and h(t-2) is the measured tide level 2 minutes ago. Δh(t-1) is the slope of the measured tide level 1 minute ago.
만약, 1차 다항식 모델을 개방시기 조위모델로 선택하여 현재 이후의 조위를 예측한다면, 현재의 실측 조위로 산출한 기울기를 적용하여 아래의 수학식 4로 예측할 수 있다.If the first-order polynomial model is selected as the open season tide level model to predict the tide level after the present, it can be predicted by Equation 4 below by applying the slope calculated from the current measured tide level.
여기서, Δt는 1분 단위의 예측시간으로서 12분 후를 예측한다면 12의 값으로 수학식 4에 대입한다. h(t+Δt)는 예측시간 Δt가 경과한 시점의 조위 예측값이 된다. 수학식 4에서 시간 t는 1분 단위로 표시하였지만, 후술하는 바와 같이 최적의 개방 개시 시점을 탐색할 시에 대입한 Δt는 1분 단위의 값이 아니어도 좋다.Here, Δt is a predicted time in units of 1 minute, and if 12 minutes later is predicted, a value of 12 is substituted into Equation 4. h(t+Δt) becomes the predicted tide level at the time when the predicted time Δt has elapsed. In Equation 4, time t is expressed in units of 1 minute, but as will be described later, Δt, which is substituted when searching for an optimal opening start time, may not be a value in units of 1 minute.
2차 다항식 모델로 예측하는 현재 조위는 마찬가지로 측정 주기가 1분으로 일정하므로, 아래의 수학식 5로 간략화한 산출식에 따라 얻을 수 있다.Since the current tide level predicted by the second-order polynomial model likewise has a constant measurement period of 1 minute, it can be obtained according to the formula simplified by Equation 5 below.
여기서, h(t-3)는 3분전 실측 조위이고, Δ2h(t-1)는 1분전 기울기 변화량이다.Here, h(t-3) is the measured tide level 3 minutes ago, and Δ 2 h(t-1) is the gradient change 1 minute ago.
만약, 2차 다항식 모델을 개방시기 조위모델로 선택하여 현재 이후의 조위를 예측한다면, 현재 실측 조위를 적용하여 산출한 기울기 및 기울기 변화량을 반영하여 아래의 수학식 6으로 예측할 수 있다.If the second-order polynomial model is selected as the open season tide level model to predict the tide level after the present, it can be predicted by
상기와 같이 각속도 모델 및 다항식 모델 중에 선택한 개방시기 조위모델를 사용하여 적어도 12분 후까지의 조위를 예측하고, 수문(10) 개방에 따라 변화하는 호수위에 대해서도 예측하여 동수위가 되게 할 개방 개시 시점을 탐색한다.As described above, the tide level at least until 12 minutes later is predicted by using the tide level model of the opening period selected from the angular velocity model and the polynomial model, and the opening start time to be equal by predicting the lake level that changes according to the opening of the water gate (10) explore
수문(10)을 개방 개시하여 기설정 개도율 50%에 도달하는데 소요되는 시간이 12분인 경우의 실시 예이므로, 최대 예측시간은 적어도 12분 이상이어야 한다. Since the time required to start opening the
개방 개시 시점을 소정 시간 앞당겨 탐색하고, 탐색한 개방 개시 시점에 도달할 시에 수문(10)을 개방하는 경우의 실시 예를 설명한다. 이 실시 예에서는 기설정 개도율 50%에 도달하는 데 소요되는 12분에 3분을 더하여 15분으로 설정한 경우를 설명한다.An embodiment in which the opening start time is searched ahead by a predetermined time and the
상기 개시 시점 선정 기준에 부합하는 개방 개시 시점을 탐색하는 현재 시점부터 3분 후까지 시간을 점차 늘려가되, 각 시점마다 수문(10)을 개방 개시한다고 가정하여 12분 후의 호수위와 조위를 예측하여서, 동수위가 되는지 확인하고, 동수위가 되게 하는 시점이 탐색되면, 탐색된 시점을 최적의 개방 개시 시점으로 선정한다.The time is gradually increased from the current time to 3 minutes later to search for the opening start time that meets the starting time selection criteria, but assuming that the
조위는 상기에서 선택한 개방시기 조위모델을 사용하여 예측할 수 있다. 물론 각속도 모델은 점차 늘려가는 예측시간을 대입하여 산출할 수 있고, 다항식 모델은 상기 수학식 4 및 수학식 6에서 Δt에 예측시간을 대입하여 산출할 수 있다.The tide level can be predicted using the open season tide level model selected above. Of course, the angular velocity model can be calculated by substituting the gradually increasing prediction time, and the polynomial model can be calculated by substituting the prediction time into Δt in
호수위는 수차발전기를 멈춘 이후부터 개방 개시하기 이전까지 일정하므로, 현재 시점에 측정된 실측 호수위에 수문(10) 개방에 따른 변화량을 반영하여 예측할 수 있다. 수문(10) 개방에 따른 호수위 변화량은 호수위별 호수내 수면적에 대한 자료에 따라 호수의 용적(또는 체적)과 호수위 사이의 관계를 정립한 조지 자료와, 개방하는 동안에 개방시기 조위모델로 예측되는 조위에 따라 산정한 수두차를 활용하여 예측할 수 있다. 이러한 호수위 변화량의 예측 방법은 수두차 변화에 따라 순시 배수유량을 산정하여 호수 용적량 수정 및 배수량 적산하는 과정을 반복하여 해수위 변화량을 예측하는 방법으로서 본 발명의 출원인의 등록특허 제10-1792190호에서도 공지된 공지의 방법이므로, 상세 설명은 생략한다. 한편, 시화호의 창조식 조력발전소의 운영 경험에 따르면, 수문을 개방하는 동안의 배수량은 수두차에 따라 큰 차이를 보이지 아니하므로, 개방 개시 후 기설정 개도율 50%에 도달하는 동안의 배수량을 통계적으로 얻어 호수위 변화량를 산정하는 데 이용할 수도 있다.Since the lake level is constant from the time the aberration generator is stopped until the start of the opening, it can be predicted by reflecting the amount of change due to the opening of the
이와 같이 수위 관측부(200)의 측정 주기인 1분 간격으로 측정되는 실측 조위에 따라 각속도 모델을 업데이트하는 과정, 최적으로 개방시기 조위모델을 선정하는 과정, 및 개방 개시 시점 탐색 시간인 3분동안에 상기 개시 시점 선정 기준에 부합하는 최적으로 개방 개시 시점을 탐색하는 과정을 1분 간격으로 반복하는 중에, 최적의 개방 개시 시점이 탐색되면, 탐색된 최적의 개방 개시 시점에 맞춰서 수문(10)을 개방 개시하도록 수문(10)을 개방 제어한다.In this way, the process of updating the angular velocity model according to the measured tide level measured at intervals of 1 minute, which is the measurement period of the water
수문(10)을 개방 제어한 이후에는 상기 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130)와 폐쇄 제어부(140)에 의해서 상기 개시 시점 선정 기준(동수위에 기설정 개도율 50%에 도달하여야 한다는 기준)에 부합하는 최적의 폐쇄 개시 시점에 수문(10)을 폐쇄 제어된다.After controlling the opening of the
상기 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130)는 도 5의 그래프로 보여준 바와 같이 수문 개방 시기(DO)에서 탐색한 개방 개시 시점(tO)에 수문(10)을 개방한 이후부터 수문 폐쇄 시기(DC) 이전까지 측정한 실측 조위를 cos 함수로 피팅한 각속도 모델을 생성한다. 이때의 각속도 모델은 수문 폐쇄 시기(DC)에 사용할 모델이다.As shown in the graph of FIG. 5, the closing time angular velocity model generation unit 130, as shown in the graph of FIG . D C ) Create an angular velocity model that fits the previously measured tidal level with a cos function. The angular velocity model at this time is the model to be used at the time of closing the gate (D C ).
창조식 조력발전에 있어서, 수문 폐쇄 시기(DC)는 간조위(HL) 이후 소정 시간 경과한 후로 정해진다. 이는 수문을 개방하더라도 호수의 해수위가 수문을 통해서만 배수되어서 조위보다 낮은 속도로 호수위가 낮아지기 때문이다. 이러한 수문 폐쇄 시기(DC)는 조석의 주기성에 따라 미리 정해 둘 수 있으나, 간조위(HL) 이후 소정 시간 경과한 후부터 시작하는 것으로 정해 두거나, 아니면, 간조위(HL)를 탐색하기 위해서 실측 조위를 얻은 이후부터, 즉, 수문 폐쇄 시기(DC)에 사용할 각속도 모델을 생성한 이후부터 시작되는 것으로 하여도 좋다.In the creation-type tidal power generation, the sluice gate closing time (D C ) is determined after a predetermined time elapses after the low tide level (H L ). This is because the sea level of the lake is drained only through the sluice gate even if the sluice gate is opened, and the lake level decreases at a rate lower than the tidal level. The sluice gate closing time ( DC ) can be set in advance according to the periodicity of the tide, but it is set to start after a predetermined time elapses after the low tide level ( HL ), or to search for the low tide level ( HL ). It may be started after the measured tide level is obtained, that is, after the angular velocity model to be used at the sluice gate closing time (D C ) is generated.
여기서 생성하는 각속도 모델은 수문 폐쇄 시기(DC)에 사용할 모델이므로, 상기에서 설명한 수문 개방 시기에 사용하기 위해 생성한 각속도 모델처럼 진폭 및 주기를 얻기 위해서 수문(10) 개방 이후부터 수문 폐쇄 시기(DC) 이전까지의 기간에 측정되는 실측 조위에서 간조위(HL)를 탐색한다. 변곡점은 상기 개방시기 각속도 모델 생성부(110)에서 탐색한 변곡점을 사용한다. Since the angular velocity model generated here is a model to be used for the sluice gate closing time ( DC ), in order to obtain the amplitude and cycle like the angular velocity model created for use at the sluice gate opening time described above, the sluice gate closing time D C ) Search the low tide level ( HL ) from the measured tide level measured in the previous period. As the inflection point, the inflection point searched for by the angular velocity
그리고, 수문 폐쇄 시기(DC)에 사용할 각속도 모델은 아래의 수학식 7과 같이 간조위(HL)와 변곡점 조위(HP)의 차이를 진폭(H)의 값으로 갖고 간조위 시간과 변곡점 시간의 차이(T1/4,C)의 4배수를 주기(T)의 값으로 갖는 cos 함수로 생성한다.In addition, the angular velocity model to be used at the sluice gate closing time (D C ) has the difference between the low tide level (H L ) and the inflection point tide level (H P ) as the value of the amplitude (H) as shown in Equation 7 below, and the low tide level time and the inflection point It is created as a cos function with a value of period (T) that is 4 times the difference in time (T 1/4,C ).
상기 수학식 7로 생성한 각속도 모델은 간조위 시점을 t=0으로 하는 cos 함수이고, 변곡점 조위(HP)만큼 조위 축(y축)으로 쉬프트(shift)되어 있음을 알 수 있다.It can be seen that the angular velocity model generated by Equation 7 is a cos function with the low tide level time point as t = 0, and is shifted to the tide level axis (y-axis) by the inflection point tide level (H P ).
간조위(HL)를 탐색할 시에는 측정 주기 1분마다 측정한 실측 조위 중에 최저 실측 조위의 전후로 소정 구간을 정하고, 이러한 소정 구간에서 측정한 실측 조위에 보간법(interpolation)을 적용하여 탐색함으로써, 실제로 나타나는 간조위에 매우 근접한 값으로 탐색할 수 있다. 앞서 설명한 예시적인 방법으로서, 최저 실측 조위 전후로 측정한 실측 조위를 2차 다항식으로 피팅한 후, 근의 공식으로 산출한 시점의 조위 값을 2차 다항식에서 얻어서, 간조위(HL)으로 정하는 다항식 근사(Polynomial Approximation) 방법을 적용할 수 있다.When searching for the low tide level (H L ), a predetermined section is set before and after the lowest actually measured tide level among the measured tide levels measured every minute of the measurement period, and interpolation is applied to the measured tide level measured in this predetermined section. By searching by applying, It is possible to search with a value very close to the actual low tide level. As an exemplary method described above, after fitting the measured water level measured before and after the lowest measured water level with a quadratic polynomial, the tidal level value at the time calculated by the root formula is obtained from the quadratic polynomial, and the polynomial determined as the low tide level (H L ) Approximation (Polynomial Approximation) method can be applied.
상기 폐쇄 제어부(140)는 폐쇄시기 조위모델인 각속도 모델을 생성한 이후 상기 개방 제어부(120)처럼 측정 주기 1분 간격으로 다음의 3가지 동작으로 반복하며, 다음의 3가지 동작을 1분 간격으로 반복하는 중에 상기 개시 시점 선정 기준(동수위에 기설정 개도율 50%에 도달하여야 한다는 기준)에 부합하는 최적의 폐쇄 개시 시점을 찾게 되면, 동작을 멈추고, 최적의 폐쇄 개시 시점에 맞춰 수문(10)의 폐쇄 동작을 개시하도록 수문(10)을 제어한다.After generating the angular velocity model, which is the tide level model at the closing time, the closing
3가지 동작 중에 중복되는 설명에 대해서 간략하게 설명한다.Descriptions overlapping among the three operations will be briefly described.
첫째 동작으로서, 실시간 측정한 실측 조위에 따라 각속도 모델을 실시간 업데이트하여서, 실측 조위를 측정한 시점의 조위를 각속도 모델로 산정하여 예측한 후 실측 조위와의 차이로 얻는 예측 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트한다. 이때에도 진폭 또는 주기를 증감시키는 변수 a 및 b를 갖는 아래의 수학식 8와 같이 각속도 모델을 업데이트할 수 있다.As a first operation, the angular velocity model is updated in real time according to the measured tidal level measured in real time, the angular velocity model is used to reduce the prediction error obtained by the difference from the measured tidal level after calculating and predicting the tidal level at the time of measuring the measured tidal level with the angular velocity model. update Even at this time, the angular velocity model may be updated as shown in Equation 8 below having variables a and b increasing or decreasing the amplitude or period.
이때의 각속도 모델은 부(-)의 진폭을 갖는 간조 시기의 조위모델이므로, 변수 a에 따라 진폭의 절대값이 조절되도록 업데이트된다. Since the angular velocity model at this time is a tidal level model of the low tide period having a negative (-) amplitude, it is updated so that the absolute value of the amplitude is adjusted according to the variable a.
구체적으로, 간조위에서 만조위로 가는 중에 나타나는 변곡점 이전의 실측 조위에 따라 업데이트하므로, 다음과 같이 업데이트할 수 있다. 실측 조위가 1분 전 각속도 모델, 즉 업데이트하기 이전의 각속도 모델로 산출한 예측 조위보다 클 경우에, 진폭의 절대치를 감소시키나 주기를 감소시키고, 실측 조위가 1분 전 각속도 모델로 산출한 예측 조위보다 작을 시에 진폭의 절대치를 증가시키거나 주기를 증가시킨다.Specifically, since it is updated according to the measured tide level before the inflection point appearing while going from low tide level to high tide level, it can be updated as follows. When the measured tide level is greater than the predicted tide level calculated with the angular velocity model 1 minute ago, that is, the angular velocity model before updating, the absolute value of the amplitude is reduced but the period is reduced, and the measured tide level is the predicted tide level calculated with the angular velocity model 1 minute ago. If it is smaller than that, increase the absolute value of the amplitude or increase the period.
만조 시기의 각속도 모델을 업데이트하는 방식으로서, 실측 조위와 각속도 모델로 산출한 예측 조위 사이의 조위 오차가 기설정 오차 이상일 시에만 진폭 또는 주기를 기설정 수정값만큼 증감시키는 방식을 채택할 수 있고, 또한, 주기를 먼저 증감시킨 후 조위 오차가 기설정 오차 이내로 감소하지 아니할 시에 진폭을 추가로 증감시키는 방식을 채택할 수 있다.As a method of updating the angular velocity model at the time of high tide, a method of increasing or decreasing the amplitude or period by a preset correction value can be adopted only when the tidal level error between the measured tide level and the predicted tide level calculated by the angular velocity model is greater than or equal to the preset error, In addition, a method of increasing or decreasing the period first and then additionally increasing or decreasing the amplitude when the level error does not decrease within the preset error range may be adopted.
둘째 동작으로서, 이전 실측 조위를 다항식으로 피팅한 후 현재 조위를 다항식을 이용하여 외삽 보간(extrapolation)하여 예측하고, 다항식을 이용한 외삽 보간으로 예측한 현재 조위와 현재의 실측 조위 사이의 차이로 계산되는 예측 오차를 얻는다. 그리고, 다항식으로 얻는 예측 오차가 업데이트하기 전 각속도 모델로 예측한 현재 조위와 현재의 실측 조위 사이의 예측 오차 미만일 시에 다항식을 폐쇄시기 조위모델로 선택하고, 각속도 모델로 얻는 예측 오차 이상일 시에는 각속도 모델을 폐쇄시기 조위모델로 선택한다. 여기서 다항식은 상기 수학식 3 내지 수학식 6으로 예시한 다항식을 포함할 수 있다.As a second operation, after fitting the previous measured tide level with a polynomial, the current tide level is predicted by extrapolation using the polynomial, and calculated as the difference between the current tide level predicted by extrapolation and interpolation using the polynomial and the current measured tide level. get prediction error In addition, when the prediction error obtained by the polynomial is less than the prediction error between the current tide level predicted by the angular velocity model before updating and the current measured tide level, the polynomial is selected as the closed time tide level model, and when the prediction error obtained by the angular velocity model is greater than the prediction error, the angular velocity Select the model as the closing season tide level model. Here, the polynomial may include the polynomials exemplified by Equations 3 to 6 above.
셋째 동작으로서, 폐쇄시기 조위모델로 예측하는 조위와 수문(10) 폐쇄에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색한다. 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 방식은 개방이 아닌 폐쇄라는 차이점만 반영하여 개방 개시 시점을 탐색하는 방식을 차용할 수 있다. 즉, 수문 폐쇄 동작을 개시할 시점을 점차 늘려가며 각 시점마다 12분 경과 후의 호수위와 조위를 예측하여서, 동수위가 되게 할 개시 시점을 최적의 폐쇄 개시 시점을 선정한다. As a third operation, when the tidal level predicted by the tide level model at the closing time and the lake level predicted according to the closing of the
다만, 개방한 수문을 통해 해수가 배수되는 중에 폐쇄 개시하게 되어서 호수위가 지속적으로 낮아지는 상황에서 폐쇄 개시하고, 폐쇄 개시한 후 12분 동안의 배수량이 개방할 때보다 상대적으로 매우 많게 되므로, 호수위를 예측할 시에는 실시간 측정되는 실측 호수위를 반영하며 예측하여야 한다. 다시 말해서, 앞서 예시한 바와 같이 상기 개시 시점 선정 기준에 부합하는 개방 개시 시점을 탐색하는 현재 시점부터 3분 후까지 시간을 탐색 시점을 점차 늘려가되, 각 탐색 시점마다 수문(10)을 개방 개시한다고 가정하여 12분 후의 호수위와 조위를 예측하게 되는데, 이때, 현재 시점부터 3분 후까지 점차 늘려하는 각 탐색 시점의 호수위도 현재 시점의 실측 호수위에 배수에 따른 변화량을 반영하여 예측하여야 한다. 이때의 호수위 변화량은 수문을 완전 개방한 상태의 배수량을 수두차와 조지 자료를 이용하여 산출하는 공지의 기술을 적용하여 예측할 수 있다.However, since the closure starts while the seawater is being drained through the open sluice gate, the closure starts in a situation where the lake level is continuously lowered, and the amount of drainage for 12 minutes after the closure starts is relatively much larger than when it was opened, so the lake When forecasting the elevation, it is necessary to reflect and predict the actual lake elevation measured in real time. In other words, as exemplified above, the search time is gradually increased from the present time to 3 minutes after searching for the opening start time that meets the starting time selection criterion, and the
이와 같이 수위 관측부(200)의 측정 주기인 1분 간격으로 측정한 실측 조위에 따라 각속도 모델을 업데이트하면서 최적의 폐쇄시기 조위모델을 선정하며, 폐쇄 개시 시점 탐색 시간인 3분동안에 상기 개시 시점 선정 기준에 부합하는 최적의 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 동작을 1분 간격으로 반복하는 중에, 최적의 폐쇄 개시 시점이 탐색되면, 탐색된 최적의 폐쇄 개시 시점에 맞춰서 수문(10)을 폐쇄 개시하도록 수문(10)를 제어한다.In this way, the optimal closing time tide level model is selected while updating the angular velocity model according to the actually measured tide level measured at 1-minute intervals, which is the measurement period of the water
본 발명의 실시 예에 따른 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법을 도 6의 순서도를 참조하며 설명한다.A method for automatically operating a water gate for creative tidal power generation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flow chart of FIG. 6 .
본 발명의 실시 예에 따른 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법에 의하면, 상기 수문 제어부(100)에서 수위 관측부(200)로 측정한 실측 조위 및 호수위에 따라 최적의 수문 개시 시점에 수문(10)을 개방 개시하고 최적의 수문 폐쇄 시점에 수문(10)을 폐쇄 개시하는 방법으로서, 상기 개방시기 각속도 모델 생성부(110)에 의한 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10), 상기 개방 제어부(120)에 의한 개방 제어단계(S20), 상기 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130)에 의한 폐쇄시기 각속도 모델 생성단계(S30) 및 상기 폐쇄 제어부(140)에 의한 폐쇄 제어단계(S40)를 대략 12시간 25분인 조석 주기로 발생하는 매 조석마다 순차적으로 수행한다.According to the automatic floodgate operation method of creative tidal power generation according to an embodiment of the present invention, the floodgate 10 ) and start closing the
중복되는 상세 설명을 요약하며 설명하면 다음과 같다.The overlapping detailed descriptions are summarized and described as follows.
상기 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10)는 수문 개방 시기(DO)에 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 개방 시기(DO)에 사용할 각속도 모델로서 생성하며, 이를 위해서, 수문 개방 시기(DO)에 앞서 나타나는 만조위(HH)를 탐색하고(S11), 만조 이후에 나타나는 변곡점을 탐색한 후(S12), 만조위(HH)와 변곡점 조위의 차이를 진폭의 값으로 갖고 변곡점 시간과 만조위 시간의 차이의 4배수를 주기의 값으로 갖는 cos 함수를 각속도 모델로서 생성한다. In the opening time angular velocity model generation step (S10), a cos function obtained by fitting the measured tide level obtained prior to the water gate opening time ( DO ) is generated as an angular velocity model to be used for the water gate opening time ( DO ). To this end, the water gate opening time After searching for the high tide level (H H ) that appears before ( DO ) (S11) and searching for the inflection point that appears after the high tide (S12), the difference between the high tide level (H H ) and the inflection point tide level is taken as the value of the amplitude A cos function having a period value four times the difference between the inflection point time and the high tide time is generated as an angular velocity model.
만조위를 탐색할 시에는 일정한 측정 주기(1분)로 얻는 실측 조위에 보간법을 적용하여 탐색하고, 변곡점을 탐색할 시에도 실측 조위의 순간 변화량 중에 최소 순간 변화량으로 탐색하지 아니하고 순간 변화량에 보간법을 적용하여 탐색하는 것이 좋다.When searching for the high tide level, interpolation is applied to the measured tide level obtained at a certain measurement period (1 minute), and when searching for an inflection point, interpolation is applied to the instantaneous change without searching for the minimum instantaneous change among the instantaneous changes in the measured tide level. It is good to apply and explore.
상기 개방 제어단계(S20)는 상기 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10)에서 생성된 각속도 모델로 예측하는 조위와 수문(10) 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 썰물 중의 수문 개방 시기(DO)에 탐색하여 수문(10)을 개방 개시한다.In the opening control step (S20), when the tidal level predicted by the angular velocity model generated in the opening time angular velocity model generation step (S10) and the lake level predicted according to the opening of the
각속도 모델을 기상이 포함된 다양한 요인에 의해 변화하는 조위에 적응시키고, 그럼에도 각속도 모델의 오차가 클 경우에 대비하기 위한 방편으로서, 실측 조위를 비교 값으로 하여 얻는 각속도 모델의 예측 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트하는 단계(S21), 이전 실측 조위를 다항식 모델로 피팅한 후 외삽 보간하여 얻는 현재 시점의 예측 조위에 따라 산출한 예측 오차를 각속도 모델의 예측 오차와 비교하는 단계(S22), 예측 오차가 상대적으로 적은 모델을 개방시기 조위모델로 선택하는 단계(S23), 및 선택한 개방시기 조위모델로 예측하는 조위와 수문(10) 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 탐색하는 단계(S24)를 개방 개시 시점이 탐색될 때까지(S25)까지 측정 주기(ΔTS)로 실측 조위를 얻을 때마다 반복 수행한다(S26).As a way to adapt the angular velocity model to the changing tide level due to various factors including weather, and to prepare for a case where the error of the angular velocity model is still large, angular velocity to reduce the prediction error of the angular velocity model obtained by using the measured tide level as a comparison value Updating the model (S21), comparing the prediction error calculated according to the predicted tide level at the current time obtained by extrapolation and interpolation after fitting the previously measured tide level with a polynomial model with the prediction error of the angular velocity model (S22), the prediction error A step of selecting a model with relatively little as the open season tide level model (S23), and when the tidal level predicted by the selected open season tide level model and the lake level predicted according to the opening of the
그리고, 탐색된 개방 개시 시점에 맞춰서 수문(10)을 개방 개시하도록 수문(10)을 개방 제어한다(S27).Then, the opening control of the
여기서, 기설정 개도율은 40~60% 범위 내의 값으로 할 수 있으며, 50%로 하는 것이 바람직하다.Here, the predetermined open rate may be a value within the range of 40 to 60%, preferably 50%.
각속도 모델을 업데이트할 시에는 실측 조위를 측정한 시점의 조위를 각속도 모델을 이용하여 예측한 후 실측 조위와 비교하여 예측 오차를 얻고, 예측 오차의 크기에 따라 업데이트 여부를 결정할 수 있다.When updating the angular velocity model, after predicting the tide level at the time when the measured tide level was measured using the angular velocity model, a prediction error is obtained by comparing the measured tide level with the measured tide level, and whether to update it can be determined according to the magnitude of the prediction error.
각속도 모델의 업데이트 방식은 각속도 모델의 진폭 또는 주기를 증감시켜서 예측 오차를 줄이는 방식으로 할 수 있고, 기설정 오차 이상이 발생할 때에만 진폭 또는 주기를 증감시키는 방식, 또는 주기를 먼저 증감시킨 후 오차가 기설정 오차 이내로 감소하지 아니할 시에 진폭을 추가로 증감시키는 방식도 도입할 수 있다.The update method of the angular velocity model may be a method of reducing prediction error by increasing or decreasing the amplitude or period of the angular velocity model, increasing or decreasing the amplitude or period only when a predetermined error occurs, or increasing or decreasing the period first and then reducing the error. A method of additionally increasing or decreasing the amplitude when it does not decrease within a predetermined error range may also be introduced.
호수위는 공지된 바와 같이 수문 개방하는 중의 호수위 변화량을 수두차 및 조지 자료 등을 활용하여 산출한 후 실측 호수위에서 가감하는 방식으로 예측할 수 있다.As is known, the lake level can be predicted by calculating the change in lake level during the opening of the floodgates using water head difference and geographic data, and then adding or subtracting from the measured lake level.
상기 폐쇄시기 각속도 모델 생성단계(S30)는 수문 폐쇄 시기(DC)보다 앞서 얻는 실측 조위를 cos 함수로 피팅하여 각속도 모델을 생성하며, 이를 위해서 수문을 개방 제어한 후부터 수문 폐쇄 시기(DC)가 도래하기 이전까지 측정한 실측 조위에서 간조위(HL)를 탐색하고(S31), 간조위와 변곡점 조위의 차이를 진폭의 값으로 갖고 간조위 시간과 변곡점 시간의 차이의 4배수를 주기의 값으로 갖는 cos 함수로 생성하는 각속도 모델을 생성한다(S32). 이때의 변곡점은 상기 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10)에서 탐색된 변곡점을 적용한다.In the closing time angular velocity model generation step (S30), an angular velocity model is generated by fitting the measured tidal level obtained prior to the sluice gate closing time (D C ) with a cos function, and for this purpose, the sluice gate closing time (D C ) The low tide level (H L ) is searched from the measured tide level measured before the arrival (S31), and the difference between the low tide level and the inflection point tide level is taken as the value of the amplitude, and 4 times the difference between the low tide level time and the inflection point time is the value of the cycle An angular velocity model generated by a cos function having as is generated (S32). The inflection point at this time is the inflection point searched for in the opening phase angular velocity model generation step (S10).
상기 폐쇄 제어단계(S40)는 각속도 모델을 생성하는 데 적용한 실측 조위의 측정 시점 이후로 도래하는 밀물 중의 수문 폐쇄 시기(DC)에서, 각속도 모델로 예측하는 조위와 수문(10) 폐쇄에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색하여 수문(10)을 폐쇄 개시한다.The closing control step (S40) is predicted according to the tide level predicted by the angular velocity model and the closing of the
여기서도, 각속도 모델은 기상 등의 다양한 요인에 의해 변화하는 조위에 적응시키고, 그럼에도 각속도 모델의 오차가 클 경우에 대비하기 위한 방편으로서, 실측 조위를 비교 값으로 하여 얻는 각속도 모델의 예측 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트하는 단계(S41), 이전 실측 조위를 다항식 모델로 피팅한 후 외삽 보간하여 얻는 현재 시점의 예측 조위에 따라 산출한 예측 오차를 각속도 모델의 예측 오차와 비교하는 단계(S42), 예측 오차가 상대적으로 적은 모델을 폐쇄시기 조위모델로 선택하는 단계(S43), 및 선택한 폐쇄시기 조위모델로 예측하는 조위와 수문(10) 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 단계(S44)를 폐쇄 개시 시점이 탐색될 때까지(S45)까지 측정 주기(ΔTS)로 실측 조위를 얻을 때마다 반복 수행한다(S46).Here, too, the angular velocity model adapts to the changing tide level due to various factors such as weather, and as a way to prepare for a case where the error of the angular velocity model is still large, the measured tide level is used as a comparison value. To reduce the prediction error of the angular velocity model Updating the angular velocity model (S41), comparing the prediction error calculated according to the predicted tide level at the current time obtained by extrapolation and interpolation after fitting the previously measured tide level with a polynomial model with the prediction error of the angular velocity model (S42), prediction A step of selecting a model with a relatively small error as the tide level model at the closing period (S43), and when the tide level predicted by the selected closing period tide level model and the lake level predicted according to the opening of the
그리고, 탐색된 폐쇄 개시 시점에 맞춰서 수문(10)을 폐쇄 개시하도록 수문(10)을 폐쇄 제어한다(S47).Then, the closing control of the
여기서도, 기설정 개도율은 40~60% 범위 내의 값으로 할 수 있으며, 50%로 하는 것이 바람직하다.Here, the preset opening rate may be set to a value within the range of 40 to 60%, and is preferably set to 50%.
각속도 모델을 업데이트할 시에는 실측 조위를 측정한 시점의 조위를 각속도 모델을 이용하여 예측한 후 실측 조위와 비교하여 예측 오차를 얻고, 예측 오차의 크기에 따라 업데이트 여부를 결정할 수 있다.When updating the angular velocity model, after predicting the tide level at the time when the measured tide level was measured using the angular velocity model, a prediction error is obtained by comparing the measured tide level with the measured tide level, and whether to update it can be determined according to the magnitude of the prediction error.
각속도 모델의 업데이트 방식은 각속도 모델의 진폭 또는 주기를 증감시켜서 오차를 줄이는 방식으로 할 수 있고, 기설정 오차 이상이 발생할 때에만 진폭 또는 주기를 증감시키는 방식, 또는 주기를 먼저 증감시킨 후 오차가 기설정 오차 이내로 감소하지 아니할 시에 진폭을 추가로 증감시키는 방식도 도입할 수 있다.The update method of the angular velocity model may be a method of reducing the error by increasing or decreasing the amplitude or period of the angular velocity model, increasing or decreasing the amplitude or period only when a predetermined error or more occurs, or increasing or decreasing the period first and then reducing the error A method of additionally increasing or decreasing the amplitude when it does not decrease within a set error may be introduced.
호수위는 공지된 바와 같이 실측 호수와, 실측 시점 이후 예측되는 호수위 변화량과, 수문 폐쇄하는 중에 예측되는 호수위 변화량을 적용하여 예측할 수 있고, 호수위 변화량은 수두차 및 조지 자료 등을 활용하여 산출하는 방식으로 예측할 수 있다.As is known, the lake level can be predicted by applying the measured lake, the lake level change predicted after the actual measurement, and the lake level change predicted during the closing of the floodgate. It can be predicted by way of calculation.
수문을 폐쇄 제어한 이후, 수차 발전기를 가동시키는 시기에 외해의 해수가 호수로 유입되어 호수위가 상승하고, 조위가 만조위로 상승하게 되므로, 상기 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10)부터 다시 수행한다.After controlling the sluice gate to be closed, seawater from the open sea flows into the lake at the time of operating the water turbine generator, the lake level rises, and the tide level rises above the high tide level. .
한편, 본 발명의 변형 실시 예로서, 상기 개방 제어부(120)에 의한 개방 제어단계(S20)에서 각속도 모델을 업데이트하는 단계(S21)와, 상기 폐쇄 제어부(140)에 의한 폐쇄 제어단계(S40)에서 각속도 모델을 업데이트하는 단계(S41)는 상기 수학식 2 및 수학식 8 대신에 아래의 수학식 9 및 수학식 10에 따라 각속도 모델을 업데이트하게 할 수도 있다.On the other hand, as a modified embodiment of the present invention, the step of updating the angular velocity model in the opening control step (S20) by the opening control unit 120 (S21) and the closing control step (S40) by the
상기 수학식 9 및 수학식 10에 따르면, 변수 a에 의해 진폭을 증감시키거나 또는 변수 c에 의해서 각속도 모델을 타임 쉬프트(time shift)시킨다. 즉, 주기를 증감시키지 아니하고, 변수 c를 가변하여 타임 쉬프트시킨다. 물론, 변수 a 및 c는 부(-)의 값으로 될 수도 있다. 또한, 변수 c를 가변함으로써, 각속도 모델의 원점을 타임 축을 따라 이동시킨다. 즉, 변수 c는 각속도 모델에 의한 조위 그래프를 실측 조위가 나타나는 위치로 이동시키도록 가변한다.According to
구체적으로 설명하면, 개방시기 각속도 모델의 업데이트식인 수학식 9에 대해서는, 실측 조위가 각속도 모델로 산출한 조위보다 클 시에 변수 a를 감소시키거나 변수 c를 감소시키고, 실측 조위가 각속도 모델로 산출한 조위보다 작을 시에 변수 a를 증가시키거나 변수 c를 증가시킨다. 폐쇄시기 각속도 모델의 업데이트식인 수학식 10에 대해서는, 실측 조위가 각속도 모델로 산출할 조위보다 클 시에 변수 a를 감소시키거나 변수 c를 증가시키고, 실측 조위가 각속도 모델로 산출한 조위보다 작을 시에 변수 a를 증가시키거나 변수 c를 감소시킨다. Specifically, for
이때의 변수 c를 증감시킬 시에 기설정 수정값만큼만 증감시키게 할 수 있고, 변수 c를 먼저 증감시킨 후 오차가 기설정 오차 이내로 감소하기 아니할 시에 변수 a를 추가로 기설정 수정값만큼 증감시키게 할 수 있다.When the variable c is increased or decreased at this time, it can be increased or decreased only by the preset correction value, and after the variable c is increased or decreased first, when the error does not decrease within the preset error range, the variable a is additionally increased or decreased by the preset correction value. can do.
여기서, 주기는 증감시키지 아니하므로, 타임 쉬프트시키기 위한 변수 c는 각속도 모델의 위상을 가변하는 변수 또는 지각 값을 가변하는 변수로 볼 수도 있다.Here, since the period is not increased or decreased, the variable c for time shifting may be regarded as a variable that changes the phase of the angular velocity model or a variable that changes the perceptual value.
즉, 상기 수학식 9 및 수학식 10은 변수 c를 적용함으로써, 조화분석할 시에 사용하는 조위 수치모델식에서 각 분조의 위상 또는 지각 성분을 반영한 모델로 업데이트할 수 있다.That is,
또다른 변형 실시 예로서, 수학식 2 및 수학식 8의 변수 b를 수학식 9 및 수학식 10에도 포함시켜 얻는 각속도 모델 업데이트식을 사용하여서, 주기, 진폭 및 타임 쉬프트 값을 수정하는 방식으로 각속도 모델을 업데이트할 수도 있다. 이 경우에는 진폭 및 타임 쉬프트 값을 먼저 수정한 후, 실측 조위와 각속도 모델로 산출한 조위 사이의 오차가 기설정 오차이내로 줄지 아니할 경우에 주기를 추가 수정하는 방식으로 업데이트할 수 있다.As another modified embodiment, by using the angular velocity model update equation obtained by including the variable b of Equations 2 and 8 in
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.Although the above has been shown and described as specific embodiments to illustrate the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiments as described above, and various modifications are within the scope of the present invention. can be carried out in Accordingly, such modifications should be regarded as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims described below.
10 : 수문
100 : 수문 제어부
110 : 개방시기 각속도 모델 생성부 120 : 개방 제어부
130 : 폐쇄시기 각속도 모델 생성부 140 : 폐쇄 제어부
200 : 수위 관측부
210 : 조위 관측부 220 : 호수위 관측부10: water gate
100: water gate control unit
110: opening time angular velocity model generation unit 120: opening control unit
130: Closing timing angular velocity model generation unit 140: Closing control unit
200: water level observation unit
210: tide level observation unit 220: lake level observation unit
Claims (16)
상기 수문 제어부(100)는
수문 개방 시기에 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 개방 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 개방시기 각속도 모델 생성부(110);
수문 개방 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 개방 시점에 수문(10)을 개방 제어하는 개방 제어부(120);
수문 폐쇄 시기보다 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 폐쇄 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130);
수문 폐쇄 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 폐쇄에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 폐쇄 시점에 수문(10)을 폐쇄 제어하는 폐쇄 제어부(140);
를 포함하는 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.In the floodgate automatic operation system of creative tidal power generation, including a water level observation unit 200 that obtains the actual tide level and the actual lake level, and a water gate control unit 100 that controls the water gate 10,
The water gate control unit 100
an opening time angular velocity model generation unit 110 for generating a cos function obtained by fitting the measured tide level obtained prior to the opening time of the floodgate as an angular velocity model to be used at the time of opening the gate;
The process of updating the angular velocity model according to the actually measured tide level at the time of opening the floodgates, and the process of searching for the opening start time to be the preset opening rate when the tide level predicted by the angular velocity model and the lake level predicted according to the opening of the floodgate are equal an opening control unit 120 that controls opening of the water gate 10 at the searched water gate opening time by repeating every time the measured tide level is obtained;
a closing time angular velocity model generating unit 130 for generating a cos function obtained by fitting the measured tide level obtained prior to the closing time of the gate as an angular velocity model to be used at the closing time of the gate;
The process of updating the angular velocity model according to the measured tide level at the time of closure of the sluice gate, and the process of searching for the closure start point to be the preset opening rate when the water level predicted by the angular velocity model and the lake level predicted according to the closure of the sluice gate are equal A closing control unit 140 that repeats every time the measured tide level is obtained and controls the closing of the water gate 10 at the searched water gate closing time point;
Creative tidal power generation water gate automatic operation system including.
상기 개방시기 각속도 모델 생성부(110)에서 각속도 모델은
실측 조위에서 만조위 및 만조위 이후의 변곡점을 탐색하여, 만조위와 변곡점 조위의 차이를 진폭의 값으로 갖고 변곡점 시간과 만조위 시간의 차이의 4배수를 주기의 값으로 갖는 cos 함수로 생성하고,
상기 폐쇄시기 각속도 모델 생성부(130)에서 생성하는 각속도 모델은
실측 조위에서 간조위를 탐색하여, 간조위와 변곡점 조위의 차이를 진폭의 값으로 갖고 간조위 시간과 변곡점 시간의 차이의 4배수를 주기의 값으로 갖는 cos 함수로 생성하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 1,
The angular velocity model in the opening period angular velocity model generating unit 110 is
From the measured tide level, the high tide level and the inflection point after the high tide level are searched, and the difference between the high tide level and the inflection point tide level is used as the amplitude value, and a cos function having a period value of 4 times the difference between the inflection point time and the high tide level time is generated.
The angular velocity model generated by the closing period angular velocity model generating unit 130 is
The low tide level is searched from the measured tide level, and the difference between the low tide level and the inflection point tide level is the value of the amplitude, and the cos function having the four times the difference between the low tide level time and the inflection point time as the value of the cycle is generated.
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
상기 개방 제어부(120)에서의 기설정 개도율 및 상기 폐쇄 제어부(140)에서의 기설정 개도율은
40~60% 범위 내의 값으로 기설정된
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 1,
The preset opening rate in the opening control unit 120 and the preset opening rate in the closing control unit 140 are
preset to a value within the range of 40 to 60%.
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
상기 개방 제어부(120) 및 폐쇄 제어부(140)는
실측 조위와 각속도 모델로 산정한 실측 조위 측정 시점의 예측 조위 사이의 예측 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 1,
The opening control unit 120 and the closing control unit 140
The angular velocity model is updated to reduce the prediction error between the measured tide level and the predicted tide level at the time of measurement of the actual tide level calculated by the angular velocity model.
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
상기 개방 제어부(120) 및 폐쇄 제어부(140)는
진폭 증감, 주기 증감 또는 타임 쉬프트에 의해 조위 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 1,
The opening control unit 120 and the closing control unit 140
Updating the angular velocity model to reduce the tidal error by amplitude ramping, period ramping or time shifting
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
상기 개방 제어부(120) 및 폐쇄 제어부(140)는
기설정 오차 이상으로 조위 오차가 발생할 시에 진폭, 주기 또는 타임 쉬프트 값을 기설정 수정값만큼 증감시켜 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 5,
The opening control unit 120 and the closing control unit 140
Updates the angular velocity model by increasing or decreasing the amplitude, period, or time shift value by the preset correction value when the tidal error exceeds the preset error.
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
상기 개방 제어부(120) 및 폐쇄 제어부(140)는
먼저 주기를 증감시키거나 또는 타임 쉬프트한 후 조위 오차가 기설정 오차 이내로 감소하지 아니할 시에 진폭을 추가로 증감시키는 방식으로 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 5,
The opening control unit 120 and the closing control unit 140
Updating the angular velocity model by first increasing or decreasing the period or time shifting and then further increasing or decreasing the amplitude when the tidal error does not decrease within the preset error.
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
상기 개방 제어부(120) 또는 폐쇄 제어부(140)는
이전 실측 조위를 피팅한 다항식으로 외삽 보간(extrapolation)하여 얻는 현재 조위를 현재의 실측 조위와 비교하여 얻는 조위 오차가 각속도 모델로 얻는 현재 조위의 조위 오차 미만일 시에, 다항식으로 외삽 보간하여 조위를 예측하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 시스템.According to claim 1,
The opening control unit 120 or closing control unit 140
When the tidal level error obtained by comparing the current measured tide level with the current measured tide level obtained by extrapolation with a polynomial fitting the previous measured tide level is less than the tidal level error of the current tide level obtained from the angular velocity model, the tidal level is predicted by extrapolation and interpolation with a polynomial doing
Creative tidal power generation flood gate automatic operation system.
수문 개방 시기에 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 개방 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10);
수문 개방 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 개방에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 개방 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 개방 시점에 수문(10)을 개방 제어하는 개방 제어단계(S20);
수문 폐쇄 시기보다 앞서 얻는 실측 조위를 피팅한 cos 함수를 수문 폐쇄 시기에 사용할 각속도 모델로 생성하는 폐쇄시기 각속도 모델 생성단계(S30);
수문 폐쇄 시기에서, 각속도 모델을 실측 조위에 따라 업데이트하는 과정과, 각속도 모델로 예측한 조위와 수문 폐쇄에 따라 예측되는 호수위가 동수위일 때에 기설정 개도율로 되게 할 폐쇄 개시 시점을 탐색하는 과정을 실측 조위를 얻을 때마다 반복하여, 탐색된 수문 폐쇄 시점에 수문(10)을 폐쇄 제어하는 폐쇄 제어단계(S40);
를 포함하는 창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.In the floodgate automatic operation method of creative tidal power generation by the floodgate control unit 100 that controls the opening and closing operation of the floodgate 10 according to the measured tide level and the measured lake level obtained by measuring the water level observation unit 200,
An opening time angular velocity model generation step (S10) of generating a cos function obtained by fitting the measured tide level obtained prior to the opening time as an angular velocity model to be used at the opening time of the gate;
The process of updating the angular velocity model according to the actually measured tide level at the time of opening the floodgates, and the process of searching for the opening start time to be the preset opening rate when the tide level predicted by the angular velocity model and the lake level predicted according to the opening of the floodgate are equal An opening control step (S20) of controlling the opening of the water gate 10 at the searched water gate opening time point by repeating every time the measured tide level is obtained;
A closing time angular velocity model generation step (S30) of generating a cos function obtained by fitting the measured tide level obtained prior to the sluice gate closing time as an angular velocity model to be used at the sluice gate closing time;
The process of updating the angular velocity model according to the measured tide level at the time of closure of the sluice gate, and the process of searching for the closure start point to be the preset opening rate when the water level predicted by the angular velocity model and the lake level predicted according to the closure of the sluice gate are equal A closing control step (S40) of controlling the closing of the water gate 10 at the searched water gate closing time point by repeating every time the measured tide level is obtained;
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation including.
상기 개방시기 각속도 모델 생성단계(S10)에서 각속도 모델은
실측 조위에서 만조위 및 만조위 이후의 변곡점을 탐색하여, 만조위와 변곡점 조위의 차이를 진폭의 값으로 갖고 변곡점 시간과 만조위 시간의 차이의 4배수를 주기의 값으로 갖는 cos 함수로 생성하고,
상기 폐쇄시기 각속도 모델 생성단계(S30)에서 생성하는 각속도 모델은
실측 조위에서 간조위를 탐색하여, 간조위와 변곡점 조위의 차이를 진폭의 값으로 갖고 간조위 시간과 변곡점 시간의 차이의 4배수를 주기의 값으로 갖는 cos 함수로 생성하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 9,
In the opening period angular velocity model generation step (S10), the angular velocity model is
From the measured tide level, the high tide level and the inflection point after the high tide level are searched, and the difference between the high tide level and the inflection point tide level is used as the amplitude value, and a cos function having a period value of 4 times the difference between the inflection point time and the high tide level time is generated.
The angular velocity model generated in the closing period angular velocity model generation step (S30) is
The low tide level is searched from the measured tide level, and the difference between the low tide level and the inflection point tide level is the value of the amplitude, and the cos function having the four times the difference between the low tide level time and the inflection point time as the value of the cycle is generated.
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
상기 개방 제어단계(S20)에서의 기설정 개도율 및 상기 폐쇄 제어단계(S140)에서의 기설정 개도율은
40~60% 범위 내의 값으로 기설정된
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 9,
The preset opening rate in the opening control step (S20) and the preset opening rate in the closing control step (S140)
preset to a value within the range of 40 to 60%.
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
상기 개방 제어단계(S20) 및 폐쇄 제어단계(S40)는
실측 조위와 각속도 모델로 산정한 실측 조위 측정 시점의 예측 조위 사이의 예측 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 9,
The opening control step (S20) and the closing control step (S40)
The angular velocity model is updated to reduce the prediction error between the measured tide level and the predicted tide level at the time of measurement of the actual tide level calculated by the angular velocity model.
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
상기 개방 제어단계(S20) 및 폐쇄 제어단계(S40)는
진폭 증감, 주기 증감 또는 타임 쉬프트에 의해 조위 오차를 줄이도록 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 9,
The opening control step (S20) and the closing control step (S40)
Updating the angular velocity model to reduce the tidal error by amplitude ramping, period ramping or time shifting
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
상기 개방 제어단계(S20) 및 폐쇄 제어단계(S40)는
기설정 오차 이상으로 조위 오차가 발생할 시에 진폭, 주기 또는 타임 쉬프트 값을 기설정 수정값만큼 증감시켜 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 9,
The opening control step (S20) and the closing control step (S40)
Updates the angular velocity model by increasing or decreasing the amplitude, period, or time shift value by the preset correction value when the tidal error exceeds the preset error.
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
상기 개방 제어단계(S20) 및 폐쇄 제어단계(S40)는
먼저 주기를 증감시키거나 또는 타임 쉬프트한 후 조위 오차가 기설정 오차 이내로 감소하지 아니할 시에 진폭을 추가로 증감시키는 방식으로 각속도 모델을 업데이트하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 13,
The opening control step (S20) and the closing control step (S40)
Updating the angular velocity model by first increasing or decreasing the period or time shifting and then further increasing or decreasing the amplitude when the tidal error does not decrease within the preset error.
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
상기 개방 제어단계(S20) 또는 폐쇄 제어단계(S40)는
이전 실측 조위를 피팅한 다항식으로 외삽 보간(extrapolation)하여 얻는 현재 조위를 현재의 실측 조위와 비교하여 얻는 조위 오차가 각속도 모델로 얻는 현재 조위의 조위 오차 미만일 시에, 다항식으로 외삽 보간하여 조위를 예측하는
창조식 조력발전의 수문 자동 운전 방법.According to claim 9,
The opening control step (S20) or the closing control step (S40)
When the tidal level error obtained by comparing the current measured tide level with the current measured tide level obtained by extrapolation with a polynomial fitting the previous measured tide level is less than the tidal level error of the current tide level obtained from the angular velocity model, the tidal level is predicted by extrapolation and interpolation with a polynomial doing
Automatic operation method of floodgates of creative tidal power generation.
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CN117147135A (en) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 交通运输部天津水运工程科学研究所 | Automatic measurement and control system for triangular gate opening and closing test |
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2021
- 2021-09-10 KR KR1020210120834A patent/KR102609276B1/en active IP Right Grant
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