VẬN HÀNH TỐI ƯU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN BẬC THANG KHU VỰC SÊ SAN

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô của bộ
môn Hệ Thống Điện thuộc khoa Kỹ Thuật Điện–Điện Tử đã dạy dỗ tôi trong
thời gian học cao học tại trường Bách khoa TP Hồ Chí Minh, đặc biệt tôi bày tỏ
lòng cám ơn sâu sắc đến thầy Hồ Đắc Lộc, người đã tận tình hướng dẫn trực
tiếp để tôi hoàn thành luận văn này.
Để hoàn thành luận văn, không thể không có các số liệu về đặc tính các
hệ thống thiết bò, công trình làm cơ sở cho tính toán, tôi xin chân thành cám ơn
Giám đốc nhà máy thuỷ điện Ialy đã cho phép tôi thu thập và công bố các số
liệu của các nhà máy thuộc hệ thống sông Sê San.
Tôi xin gửi lời cám ơn các bạn bè học lớp cao học K15, các đồng nghiệp
làm việc tại nhà máy thuỷ điện Ialy đặc biệt là các trưởng ca vận hành nhà
máy Ialy, Sê San 3, Pleikrông đã góp ý kiến về tính thực tiễn của đề tài.
Cho phép tôi gửi lời cám ơn ban Giám đốc nhà máy thuỷ điệân Ialy đã tạo
mọi điều kiện để cho tôi được tham dự lớp học trong điều kiện Nhà máy còn
nhiều khó khăn khi mới đưa vào vận hành nhà máy Ialy (6 năm), vừa thử nghiệm
đưa vào vận hành nhà máy Sê San 3, vừa giám sát nghiệm thu và chuẩn bò vận
hành các nhà máy Pleikrông, Sê San 4…
Cuối cùng tôi xin cám ơn mẹ tôi đã cho tôi sức mạnh tinh thần để vượt qua
các khó khăn trong công việc và học tập.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2006
Đoàn Tiến Cường

eBook for You
-ii-
TÓM TẮT NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
Trong bối cảnh các nguồn năng lượng hoá thạch đang bò cạn kiệt và giá cả
tăng lên hằng ngày, đồng thời trong điều kiện Việt Nam đang bò thiết điện trầm
trọng như hiện nay và nhiều năm tới, thì việc khai thác các nguồn nước trên các lưu
vực sông để phát điện là việc làm hết sức cần thiết để giảm lệ thuộc vào năng
lượng nhập khẩu và ổn đònh sản xuất cho nền kinh tế.

Hệ thống bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San đóng một vai trò quan trọng
trong việc cung cấp điện năng và giữ vững ổn đònh hệ thống điện Việt Nam. Việc
đưa vào vận hành các nhà máy trên cùng một lưu vực sông cũng đặt ra cho các
công ty, nhà máy vận hành thuỷ điện những thách thức mới đó là tìm biện pháp sử
dụng một cách hiệu quả nguồn nước.
Để sử dụng tiết kiệm nguồn nước trên các lưu vực sông, thực tế vận hành
đặt ra nhiều bài toán quy hoạch vận hành: quy hoạch vận hành ngắn hạn, vận hành
dài hạn và chiến lược điều tiết nguồn nước… trong khuôn khổ luận văn này, tác giả
đã đặt ra bài toán vận hành tối ưu ngắn hạn các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê
San. Với mục tiêu đó, luận văn tập trung vào việc điều tra, khảo sát các số liệu về
hệ thống các thiết bò công trình; xây dựng các mô hình toán học về đặc tính vận
hành các hệ thống thiết bò, công trình; tìm phương pháp thích hợp để xây dựng
thuật toán giải; viết chương trình mô tả thuật toán và áp dụng vào công tác hỗ trợ
quyết đònh vận hành tối ưu tại các nhà máy thuộc bậc thang thuỷ điện trên sông Sê
San.
Hướng mở rộng của luận văn là ngoài việc áp dụng trước mắt cho cụm các
nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San, có thể mở rộng áp dụng cho bài toán vận
hành tối ưu của các bậc thang thuỷ điện khác và hướng đề tài đến việc phục vụ cho
việc hỗ trợ quyết đònh vận hành các cụm thuỷ điện trong thò trường cạnh tranh
nguồn phát.
Sau đây, các chương 1-6 sẽ lần lược giải quyết nội dung của luận văn.

eBook for You
-iii-
MỤC LỤC
1. CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Phân bố công suất tối ưu hệ thống bậc thang thuỷ điện 2
1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 3
1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 4

1.5 Những nội dung chính của đề tài 5
1.6 Những đóng góp mới, ý nghóa khoa học và giá trò thực tiễn của đề tài 6
1.7 Phương pháp nghiên cứu 6
2. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THUỶ ĐIỆN TRÊN SÔNG SÊ SAN 7
2.1 Đặc điểm và tiềm năng thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San 8
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 8
2.1.2 Đòa hình 8
2.1.3 Khí hậu 9
2.1.4 Độ ẩm và bốc hơi 9
2.1.5 Dòng chảy 9
2.1.6 Năng lực thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San 10
2.2 Đặc trưng thuỷ văn lưu vực sông, đặc tính các hồ chứa trên sông Sêsan 12
2.2.1 Đặc trưng thuỷ văn lưu vực sông Sê San 12
2.2.2 Đặc tính các hồ chứa trên sông Sê San 12
2.2.3 Đặc tính các công trình tràn của hồ chứa 14
2.3 Chính sách quản lý-điều tiết hồ chứa 15
2.4 Đặc điểm thiết bò và đặc tính các nhà máy thuỷ điện trên sông Sêsan 18
2.5 Vai trò của hệ thống thuỷ điện trên sông Sêsan đối với hệ thống điện 21
2.6 Phân tích khả năng khai thác tối ưu ngắn hạn công suất, năng lượng theo
các hồ chứa trên sông Sêsan
22
2.7 Kết luận 22
3. CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG BẬC THANG THUỶ ĐIỆN 24
3.1 Mô tả hệ thống bậc thang thuỷ điện 24
3.2 Hệ thống điện 25

eBook for You
-iv-
3.3 Lựa chọn thuật toán 25
3.4 Các giả thiết chính khi xây dựng bài toán 27

3.5 Xây dựng mô hình hệ thống và hình thành bài toán 28
3.5.1 Mô hình thời gian 28
3.5.2 Sự phụ thuộc thời gian của hệ thống thuỷ điện 29
3.5.3 Xây dựng mô hình bậc thang thuỷ điện 29
3.5.4 Xấp xỉ tuyến tính hoá từng đoạn thành phần phi tuyến 31
3.5.5 Các ký hiệu sẽ dùng trong phần xây dựng mô hình 34
3.5.6 Xây dựng mô hình toán học các biểu thức ràng buộc 35
3.5.7 Xây dựng hàm phạt do vi phạm mức nước mục tiêu của hồ 42
3.5.8 Xây dựng hàm mục tiêu 45
3.6 Kết luận 46
4. CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT
47
4.1 Phạm vi tính toán 47
4.2 Thiết lập bài toán 48
4.3 Phương pháp quy hoạch tuyến tính 49
4.4 Các thuật toán 50
4.5 Ngôn ngữ mô hình đại số. Ngôn ngữ tính toán kỹ thuật Matlab 59
4.6 Các dữ liệu của bài toán 60
4.6.1 Dữ liệu đầu vào 60
4.6.2 Dữ liệu đầu ra 72
4.7 Kết quả chương trình 72
4.7.1 Phân bố công suất theo thời gian 72
4.7.2 Diễn biến mức nước hồ theo thời gian 73
4.7.3 Diễn biến dung tích hồ theo thời gian 73
4.7.4 Diễn biến xả tràn các hồ chứa 74
4.8 Phân tích các kết quả 74
4.9 Kết luận 75
5. CHƯƠNG 5. CHƯƠNG TRÌNH ÁP DỤNG 76

eBook for You

-v-
5.1 Xây dựng chương trình và hướng dẫn áp dụng 76
5.2 Đánh giá kết quả chương trình 79
5.3 Kết luận 79
6. CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN 80
6.1 Các nội dung đề tài đã giải quyết 80
6.2 Triển vọng phát triển đề tài 81
6.2.1 Các yếu điểm bộc lộ từ đề tài 81
6.2.2 Hướng phát triển mở rộng đề tài 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Phụ lục 1. Sơ đồ hệ thống bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San PL1-1
Phụ lục 2. Các chương trình được sử dụng trong luận văn PL2-1











eBook for You
-vi-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San (nguồn: Ily, 2003) 1
Hình 2.1 Quá trình điều tiết hồ chứa 16

Hình 2.2 Đặc tính vận hành turbine Pleikrông (nguồn: Ily, 2006) 18
Hình 2.3 Đặc tính vận hành máy phát Pleikrông 19
Hình 2.4 Đặc tính vận hành turbine Ialy (nguồn: Ily, 1998) 19
Hình 2.5 Đặc tính vận hành máy phát Ialy (nguồn Ily,1998) 20
Hình 2.6 Đặc tính vận hành turbine Sê San 3 (nguồn Ily, 2005) 20
Hình 2.7 Đặc tính vận hành máy phát Sê San 3 (nguồn Ily, 2005) 21
Hình 3.1 Hệ thống bậc thang thuỷ điện 24
Hình 3.2 Mô tả hệ thống điện 25
Hình 3.3 Mô hình hệ thống mạng thuỷ điện 30
Hình 3.4 Xấp xỉ tuyến tính hoá từng đoạn hàm phi tuyến 31
Hình 3.5 Đặc tính phát của tổ máy 38
Hình 3.6 Đặc tính xả tràn của hồ chứa 41
Hình 3.7 Mô tả các dạng đặc tính hàm phạt do vi phạm mức nước mục tiêu.43
Hình 3.8 Đặc tính tuyến tính hoá hàm phạt 44
Hình 4.1 Phạm vi tính toán 47
Hình 4.2 Quan hệ dung tích theo mức nước hồ và sai số nội suy hồ Plk 63
Hình 4.3 Quan hệ dung tích theo mức nước hồ và sai số nội suy hồ Ily 65
Hình 4.4 Quan hệ dung tích theo mức nước hồ và sai số nội suy hồ Ss3 66
Hình 4.5 Lưu lượng nước tự nhiên về các hồ (nguồn: Ily) 67
Hình 4.6 Đặc tính hiệu suất turbine của Plk (nguồn: Ily, 2006) 68

eBook for You
-vii-
Hình 4.7 Đặc tính hiệu suất turbine của Ily (nguồn: Ily, 1998) 69
Hình 4.8 Đặc tính hiệu suất turbine của Ss3 (nguồn: Ily, 2005) 69
Hình 4.9 Thay đổi mức nước hồ trong một năm (đối với hồ điều tiết năm) 70
Hình 4.10 Biểu đồ huy động công suất và yêu cầu dự trữ công suất (nguồn:
Ily)
72
Hình 4.11 Kết quả phân bố công suất của các nhà máy 72

Hình 4.12 Diễn biến mức nước các hồ theo thời gian 73
Hình 4.13 Diễn biến dung tích các hồ theo thời gian 73
Hình 4.14 Xả tràn của các hồ chứa 74
Hình 5.1 Giao diện chính của chương trình 76
Hình 5.2 Bảng nhập thông số các hồ chứa và thời gian khảo sát 77
Hình 5.3 Bảng nhập các dữ liệu dạng bảng (Pd, Pr, B…) 77
Hình 5.4 Kiểm tra dữ liệu đầu vào 78
Hình 5.5 Trình đơn xem kết quả tối ưu của chương trình 78












eBook for You
-viii-

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2.1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Sê San (nguồn: PECC1,2002) 8
Bảng 2.2 Thông số các công trình chính trên sông Sê San (nguồn: PECC1).10
Bảng 2.3 Đặc trưng thuỷ văn các hồ chứa lưu vực sông SêSan (nguồn:
PECC1)
12
Bảng 2.4 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Pleikrông (nguồn: Ily) 13

Bảng 2.5 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Ialy (nguồn: Ily) 13
Bảng 2.6 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Sê San 3 (nguồn: Ily) 14
Bảng 4.1 Nội suy quan hệ mức nước và dung tích hồ Plk 62
Bảng 4.2 Nội suy quan hệ mức nước và dung tích hồ Ily 64
Bảng 4.3 Nội suy quan hệ mức nước và dung tích hồ Ss3 66
Bảng 4.4 Các thông số hồ chứa (nguồn: Ily) 67
Bảng 4.5 Đặc tính xả tràn các hồ chứa 67
Bảng 4.6 Đặc tính phát nhà máy Plk (nguồn Plk, 2006) 71
Bảng 4.7 Đặc tính phát nhà máy Ily (nguồn Ily, 2006) 71
Bảng 4.8 Đặc tính phát nhà máy Ss3 (nguồn Ily, 2006) 71









eBook for You
-ix-

CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG
h giờ,
W Watt,
kW kilôWatt=1000 watt,
MW mêgaWatt=1 000 000 watt,
kWh kilôWatt giờ,
m mét,
l lít,

km
2
kilômét vuông,
m
3
/s mét khối trên giây,
l/s.km
2
lít trên giây ứng với một kilômét vuông,












eBook for You
-x-

CÁC ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

A0 Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia,
PECC1 Công ty tư vấn xây dựng điện 1,
IEEE Viện các kỹ sư kỹ thuật điện-điện tử quốc tế,
LP quy hoạch truyến tính,

NLP quy hoạch phi tuyến,
DP quy hoạch động,
GAMS Ngôn ngữ mô hình đại số tổng hợp,
Tkt Nhà máy thuỷ điện Thượng Kon Tum,
Plk Nhà máy thuỷ điện Pleikrông,
Ily Nhà máy thuỷ điện Ialy,
Ss3 Nhà máy thuỷ điện Sê San 3
S3a Nhà máy thuỷ điện Sê San 3A
Ss4 Nhà máy thuỷ điện Sê San 4
MNDBT Mực nước dâng bình thường
MNC Mực nước chết







eBook for You
-1-
1. CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Nước được coi là nguồn than trắng cho sản xuất điện, không những là dạng
năng lượng rẻ tiền, tái sinh, mà trong bối cảnh giá cả các loại năng lượng hoá thạch
truyền thống (dầu, ga, than…) đang leo thang từng ngày và nhiệm vụ chống ô
nhiễm môi trường đang đặt lên hàng đầu…. Thì việc khai thác tối ưu các nguồn
nước cho sản xuất năng lượng điện là việc làm cần thiết.
Khi nói đến “bậc thang thuỷ điện” hay cụm thuỷ điện trên một dòng sông là
nói đến hoạt động của các hệ thống hồ, đập nối tiếp nhau từ thượng lưu xuống hạ
lưu. Việc khai thác vận hành các hồ chứa ở thượng lưu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến

lưu lượng nước về ở các hồ hạ lưu, mà lưu lượng nước về hồ là yếu tố quyết đònh
đến công suất và sản lượng phát của các nguồn phát thuỷ điện. Nên cần tính toán
để điều tiết lượng nước về của từng hồ trong toàn cụm các nhà máy thuỷ điện trên
sông Sêsan.
Việt Nam còn nghèo, nguồn vốn đầu tư cho phát triển nguồn điện phải dựa
vào vốn vay nước ngoài, do đó việc tìm biện pháp sử dụng tối ưu, tiết kiệm nguồn
nước của bậc thang các hồ thuỷ điện đã xây dựng trên các lưu vực sông là việc làm
quốc sách.







Hình 1.1 Sơ đồ các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San (nguồn: Ily, 2003)

eBook for You
-2-
Các công trình thuỷ điện trên bậc thang thuỷ điện sông Sêsan (hình 1.1) gồm
Nhà máy thuỷ điện Ialy (đã vận hành từ năm 2000), Sêsan 3 (năm 2006), Pleikrông
(năm 2006), Sêsan 3A (năm 2006), Sêsan 4 (2008), Thượng Kontum (2009) đã và
sẽ lần lượt đưa vào vận hành. Việc đặt ra và giải bài toán khai thác tối ưu nguồn
nước trên bậc thang sẽ dẫn đến khai thác tối ưu sản lượng cho hệ thống.
Cụm các Nhà máy thuỷ điện trên sông Sêsan có tổng công suất lắp đặt
1730MW (sản lượng điện trung bình năm khoảng 8,5 tỉ kWh), sẽ cung cấp điện trực
tiếp đến trạm 500kV Pkieku là “điểm giữa” của hệ thống điện. Việc cung cấp một
lượng công suất đáp ứng nhu cầu của hệ thống với sản lượng điện tối ưu trong năm
tại nút Pleiku sẽ góp phần lớn cho ổn đònh và vận hành kinh tế hệ thống điện Việt
Nam.

Kết luận: Việc nghiên cứu giải quyết bài toán phân bố tối ưu công suất cho
cụm các nhà máy trên bậc thang thuỷ điện Sê San là rất cần thiết.
1.2 Phân bố công suất tối ưu hệ thống bậc thang thuỷ điện
Bài toán phân bố tối ưu công suất trên bậc thang thuỷ điện là bài toán quy
hoạch vận hành phức tạp, đã được đặt ra và tìm phương pháp giải trong vài thập kỷ
qua. Điển hình của các bài toán dạng này là tối thiểu hoá chi phí vận hành hệ
thống thuỷ điện bậc thang dựa trên rất nhiều các ràng buộc như cân bằng sản lượng
hệ thống điện, cân bằng lưu lượng nước, các ràng buộc về tưới tiêu, giao thông,
luật bảo vệ môi trường và các cam kết sử dụng nguồn nước đối với các Uỷ hội
sông quốc tế (tức các ràng buộc về vật lý và luật lệ). Bài toán này được áp dụng
phổ biến nhất là trong các hệ thống bậc thang thuỷ điện vùng Bắc u và Nam Mỹ-
nơi có nhiều bậc thang thuỷ điện và đã có thò trường điện phát triển. Cho đến nay,
ở Việt Nam vẫn chưa thấy công bố công trình nào nghiên cứu về quy hoạch vận
hành hệ thống bậc thang thuỷ điện. Đối với thò trường điện Việt Nam, tuy đã hình
thành thò trường cạnh tranh nguồn phát, nhưng đối với các nhà máy thuỷ điện lớn

eBook for You
-3-
(Hoà Bình, Ialy, Trò An) vẫn còn sở hữu 100% vốn nhà nước và chưa tham gia thò
trường điện cạnh tranh nguồn phát, hơn nữa chi phí vận hành cụm thuỷ điện trên
sông Sê San chỉ chiếm 0,2% trong cơ cấu giá thành điện (nguồn: Nhà máy Ialy), do
đó luận văn này không đặt ra việc tối thiểu chi phí sản xuất hệ thống bậc thang mà
chỉ tập trung vào việc tối đa hoá giá trò năng lượng tích trữ ở các hồ chứa vào cuối
chu kỳ khảo sát, tức là tương đương với việc tối thiểu lượng nước chạy máy và xả
tràn bằng cách phân bố tối ưu công suất phát trên các nhà máy.
Bài toán quy hoạch vận hành bậc thang thuỷ điện thường gặp phải những
khó khăn chính là: các ràng buộc động về lưu lượng giữa các hồ chứa; các thiết bò
sản xuất điện chưa có mô hình toán học chặt chẽ; các đặc tính của hồ chứa và thiết
bò sản xuất điện đều là dạng phi tuyến; các đặc tính vùng cấm vận hành; các quan
hệ về thuỷ lực phức tạp giữa các hồ chứa liền kề nhau; các tổn thất thuỷ lực khi

vận hành các tổ máy trong cùng một đường ống áp lực; các yếu tố bất đònh như dự
báo khí tượng thuỷ văn, lưu lượng nước tự nhiên về các hồ và biểu đồ huy động
công suất của hệ thống điện… để giải bài toán trên, trong luận văn này sẽ tiến hành
lập mô hình toán của các hồ chứa, thiết bò sản xuất điện. Lựa chọn phương pháp và
thuật toán giải thích hợp với tình hình vận hành thực tế của hệ thống bậc thang
thuỷ điện và đảm bảo độ chính xác chấp nhận được.
1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là tìm lời giải thích hợp cho việc phân bố tối ưu công
suất giữa các nhà máy trên bậc thang thuỷ điện để tối đa giá trò năng lượng tích trữ
trong các hồ chứa vào cuối thời gian khảo sát. Trong luận văn này, hàm mục tiêu
sẽ là tối đa giá trò năng lượng tích trữ vào cuối thời gian khảo sát dựa trên các dữ
liệu đã biết gồm lưu lượng tự nhiên về hồ, biểu đồ huy động công suất từ hệ thống,
các mức nước hồ mục tiêu vào cuối thời gian khảo sát và các ràng buộc khác.
Các nhiệm vụ chính sẽ được nghiên cứu trong đề tài:

eBook for You
-4-
- Lựa chọn thuật toán giải thích hợp cho bài toán phân bố tối ưu công suất
trên cụm các nhà máy bậc thang
- Xây dựng hàm mục tiêu là tối đa năng lượng tích trữ trong các hồ chứa vào
cuối thời gian khảo sát ngắn hạn
- Xây dựng mô hình toán học cho các đặc tính hồ chứa, đặc tính thiết bò sản
suất điện gồm turbine và máy phát điện tương ứng với các cột áp và hiệu suất khác
nhau
- Thiết lập các phương trình ràng buộc: phương trình cân bằng nước, phương
trình cân bằng năng lượng hệ thống điện, các ràng buộc vật lý của đặc tính hồ chứa
và thiết bò…
- Tiến hành giải bài toán với nghiệm quyết đònh là công suất phát của các
nhà máy tại các thời điểm trong thời gian khảo sát
- Thiết lập chương trình giải bài toán khi có những thay đổi từ thông số đầu

vào, kết quả của chương trình là phân bố lại công suất phát của các nhà máy tại
các thời điểm trong thời gian khảo sát.
1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Bài toán quy hoạch vận hành gồm nhiều dạng bài toán: bài toán quy hoạch
ngắn hạn (1 ngày đến 1 tuần) dựa trên cơ sở lưu lượng tự nhiên tất đònh, bài toán
dài hạn (1 tuần đến 1 năm và nhiều năm) [AlB1984] với lưu lượng tự nhiên bất
đònh… Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả chỉ xét đến bài toán phân bố công
suất tối ưu ngắn hạn, trên cơ sở các số liệu lưu lượng nước về tất đònh. Nhu cầu hệ
thống và các mức nước mục tiêu coi như đã biết trước. Trong các ràng buộc của bài
toán, thì tổn thất truyền tải từ các nhà máy đến hệ thống điện được giả đònh bỏ qua.
Mặc dù các nguồn điện đã tham gia thò trường cạnh tranh nguồn phát, nhưng giá
điện sử dụng trong luận văn này được coi như cố đònh.

eBook for You
-5-
Do những khó khăn về thu thập số liệu, phần áp dụng sẽ chỉ tính toán cho
cụm các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San.
1.5 Những nội dung chính của đề tài
Phần còn lại của luận văn gồm những nội dung chính sau đây:
Chương 2 trình bày tổng quan về hệ thống thuỷ điện trên sông Sê San, trong
đó chủ yếu là nêu lên các đặc điểm tự nhiên về đặc trưng khí hậu, thuỷ văn, đòa
hình, dòng chảy của lưu lực sông Sê San. Giới thiệu tiềm năng thuỷ điện đã được
nghiên cứu và quy hoạch trên lưu vực. Phần kế tiếp của chương giới thiệu về đặc
tính của các hồ chứa, đặc điểm thiết bò công trình đã được xây dựng. Một phần của
chương cũng giới thiệu chính sách vận hành hồ chứa dài hạn để đảm bảo phục vụ
tốt công tác điều tiết hệ thống bậc thang hồ chứa. Phần cuối giới thiệu sơ bộ vò trí
và vai trò của hệ thống bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San đối với hệ thống điện
Việt Nam.
Trong chương 3, phương pháp giải bài toán thích hợp cho bài toán quy hoạch
vận hành hệ thống bậc thang thuỷ điện được tác giả chọn lựa. Phần chính của

chương là phương trình toán học của các hệ thống thiết bò, công trình của các nhà
máy trên lưu vực sông được xây dựng, có nhiều phương pháp thiết lập mô hình toán
học các hệ thống, trong luận văn này mô hình tuyến tính hoá các đặc tính được lựa
chọn phát triển nhằm phục vụ cho bài toán quy hoạch tuyến tính. Các mô hình
được xây dựng đóng vai trò như là các phương trình ràng buộc bài toán quy hoạch
tuyến tính. Trong số các phương trình, quan trọng nhất, hàm mục tiêu được xây
dựng theo hướng sử dụng hiệu quả lượng nước tích trữ trong các hồ chứa của hệ
thống, cụ thể là tối đa hoá lượng nước tích trữ ở các hồ vào cuối chu kỳ khảo sát.
Trên cơ sở các phương trình toán học được xây dựng ở chương 3, chương 4
chủ yếu tập trung giới thiệu các thuật toán có thể áp dụng giải hệ các phương trình
quy hoạch tuyến tính trên. Trong đó, 2 thuật toán nổi tiếng được trình bày là thuật
toán đơn hình và thuật toán điểm trong dựa theo phương pháp tỉ lệ affine được đề

eBook for You
-6-
cập. Phần còn lại của chương liệt kê chi tiết các đầu vào và đầu ra của thuật toán
nhằm phục vụ cho chương trình tính toán tối ưu.
Trên cơ sở phương pháp giải và mô hình toán học của chương 3, số liệu đầu
vào và đầu ra của chương 4, chương 5 giới thiệu chương trình tính toán tối ưu được
xây dựng dựa trên cơ sở công cụ tối ưu của Matlab 7.0.
Cuối cùng, phần kết luận và nhận xét của luận văn được kết luận ở chương
6.
1.6 Những đóng góp mới, ý nghóa khoa học và giá trò thực tiễn của đề tài
- Luận văn đã đặt ra và tìm phương pháp giải cho bài toán quy hoạch vận
hành ngắn hạn cụm các nhà máy bậc thang trên một lưu vực sông, đặc biệt trong
điều kiện ở Việt Nam chưa có công trình nào tương tự được công bố.
- Về mặt khoa khọc, luận văn không có nhiều những đóng góp mới bởi các
mô hình toán học được xây dựng trên cơ sở đơn giản hoá các đặc tính thực tế còn
phương pháp giải quy hoạch tuyến tính đã được áp dụng tương đối phổ biến trong
việc giải các bài toán tối ưu. Nhưng tính thực tiễn của đề tài rất cao, vì hiện nay ở

Việt Nam nhiều công trình thuỷ điện đã, đang và sẽ được xây dựng, trong đó có
nhiều bậc thang thuỷ điện được hình thành, trước hết là bậc thang thuỷ điện trên
sông Sê San, kế tiếp là bậc thang sông Đồng Nai, sông Sêrêpok, Sông Đà, Sông
Vu Gia-Thu Bồn… và đề tài này có thể áp dụng để phát triển, mở rộng và giải cho
toàn bộ các hệ thống bậc thang thuỷ điện ở Việt Nam.
1.7 Phương pháp nghiên cứu
- Xây dựng và ứng dụng mô hình toán học cho các hệ thống thiết bò công
trình của các hệ thống thuỷ điện bậc thang,
- Ứng dụng các kết quả chủ yếu từ các phương pháp quy hoạch toán học để
giải bài toán quy hoạch vận hành ngắn hạn hệ thống bậc thang thuỷ điện,
- Xây dựng chương trình tính toán tối ưu như một công cụ tối ưu các hệ thống
bậc thang thuỷ điện thực tế.

eBook for You
-7-
2. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THUỶ ĐIỆN TRÊN SÔNG SÊ
SAN
Trong chương này sẽ tập trung giới thiệu tổng quan về tiềm năng khai thác
thuỷ điện trên sông Sê San. Tình hình khí tượng thuỷ văn ảnh hưởng đến bài toán
vận hành tối ưu. Phần chính sẽ tập trung vào việc giới thiệu đặc tính các hồ chứa,
đặc tính thiết bò của hệ thống nhà máy thuỷ điện và mô hình toán các đặc tính hồ
chứa và đặc tính thiết bi. Phần cuối cùng sẽ sơ lược về vai trò của hệ thống bậc
thang thuỷ điện trên sông Sê San và khả năng khai thác tối ưu ngắn hạn hệ thống.
Trong các phần sau của chương này tập trung trình bày cho tất cả các hồ chứa và
thiết bò của các công trình trên lưu vực sông Sê San, tuy nhiên cho đến này số liệu
của các công trình Thượng Kon Tum, Sê San 3A và Sê San 4 chưa có sẵn, nên tác
giả chỉ khảo sát chủ yếu cho 3 công trình Pleikrông, Ialy và Sê San 3.
Cũng giống như bất kỳ hệ thống bậc thang thuỷ điện nào, khi khảo sát hệ
thống thuỷ điện trên sông Sê san phải quan tâm đến các quá trình vật lý, thuỷ văn
sau đây:

- Lưu lượng nước về tự nhiên
- Lượng mưa, lượng nước bốc hơi và lượng nước thấm của các hồ
- Tích nước và xả nước của các hồ
- Lưu lượng vật lý của các cửa xả tràn
- Dòng chảy của nước trong các kênh dẫn (kín và hở…)
- Nước phục vụ cho các mục đích nông nghiệp, công nghiệp, giao thông,
tiêu dùng
- Cân bằng nước của các hồ chứa
- Lượng nước để phát điện của các nhà máy
- Tổn thất nước trong các kênh dẫn

eBook for You
-8-
- Tổn thất cột áp trong các kênh dẫn
Để thấy rõ các khía cạnh trên, phần sau của chương sẽ trình bày khái quát
các đặc điểm trên của hệ thống thuỷ điện trên sông Sê San.
2.1 Đặc điểm và tiềm năng thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên
Sông Sê San là phụ lưu bên bờ trái của sông Mê Kông. Sông bắt nguồn từ
phía bắc cao nguyên Gia Lai –Kon Tum với 2 nhánh chính thượng nguồn là sông
Krông Pôkô và sông ĐăkBla. Hai nhánh sông này hợp lưu thành sông Sê San rồi
tiếp tục chảy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam ra hướng biên giới Việt Nam-
Cambodia. Tại đây, nhập với nhánh sông Sa Thầy ở bờ phải rồi đổ vào đất
Cambodia. Sông Sê San nhập vào Sông Mê Kông trên đất Cambodia tại thò trấn
Stung Treng. Tổng diện tích lưu vực sông Sê San trên lãnh thổ Việt Nam là
11450km
2
chiếm 61,65% tổng diện tích lưu vực sông (18570km
2
). Như vậy, đặc

điểm hình thái của các nhánh chính tạo thành lưu vực sông Sê San như bảng 2.1
Bảng 2.1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Sê San (nguồn: PECC1, 2002)
TT
Tên nhánh
sông
Diện tích lưu
vực [km
2
]
Chiều dài
sông [km]
Độ rộng trung
bình [km]
Độ dốc trung
bình [%]
1 ĐăkBla 3 050 145 - 8,1
2 Krông Pôkô 3 530 121 20 6,5
3 Sa Thầy 1 562 104 15 4,3
4 Sê San 11 450 237 44 3,6
2.1.2 Đòa hình
Đòa hình lưu vực sông Sê San khá phức tạp, bò chia cắt mạnh. Phần phía bắc
của lưu vực có đòa hành rất cao, điển hình là đỉnh núi Ngọc Linh cao 2598m, phần
phía tây có núi Ngọc Bin San cao 1939m và phía đông có dãy Ngọc Cơ Rinh cao
2025m. Do đặc điểm đòa hình vùng này bò chia cắt mạnh dẫn đến sự khác biệt đáng

eBook for You
-9-
kể về khí hậu trên từng phần của lưu vực đặc biệt là chế độ mưa, chế độ ẩm của
không khí.
2.1.3 Khí hậu

Khí hậu của lưu vực mang đặc điểm của khí hậu Tây Trường Sơn, thể hiện
cả trong chế độ nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm và các yếu tố khác. Khí hậu chia thành
2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa trên lưu vực từ tháng 5 đến tháng 10,
thời gian mưa kéo dài với lượng mưa lớn nhất xảy ra vào các tháng 8, 9 và 10.
Lượng mưa trong mùa mưa chiếm 80-90% lượng mưa trong năm. Lượng mưa trung
bình năm dao động từ 2600-3000mm ở vùng núi phía bắc và vùng cao nguyên
Pleiku; từ 1700-1800mm ở vùng Tây Nam lưu vực; vùng trũng Kon Tum và phía
nam lưu vực do bò chắn bởi các dãy núi cao nên lượng mưa trung bình khoảng
1700mm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Số ngày mưa trong năm
khoảng 160 ngày ở các vùng có lượng mưa lớn và khoảng 110 ngày ở các vùng có
lượng mưa nhỏ. Khoảng 90% số ngày mưa rơi vào các tháng có ảnh hưởng của gió
mùa Tây Nam và Tây.
2.1.4 Độ ẩm và bốc hơi
Độ ẩm tương đối trung bình năm thay đổi từ 78,2 đến 81,2% cao nhất là
100% và thấp nhất là 8%.
Do độ ẩm khống khí có giá trò cao, nên bốc hơi trong lưu vực không lớn.
Lượng bốc hơi lớn nhất xảy ra vào tháng 2 đến tháng 4 đạt đến mức 259,1mm. Từ
tháng 8 đến tháng 10 do mưa nhiều nên bốc hơi giảm xuống còn 52mm, lượng bốc
hơi ngày đêm nhỏ nhất là 10mm. Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm vào khoảng
426,5mm.
2.1.5 Dòng chảy
Do ảnh hưởng của khí hậu, dòng chảy trên sông Sê San chia thành 2 mùa:
mùa lũ và mùa kiệt. Mùa lũ từ tháng 8-11, mùa kiệt từ tháng 12 đến tháng 7 của

eBook for You
-10-
năm sau. Dòng chảy của lưu vực sông Sê San khá dồi dào, mô dun dòng chảy thay
đổi không nhiều từ 32-39 l/s.km
2
.

2.1.6 Năng lực thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San
Có rất nhiều quy hoạch phát triển thuỷ điện trên sông Sê San được thực hiện
bởi Uỷ hội sông Mê Kông, Công ty Nippon Koei (Nhật bản), Trung tâm nghiên cứu
và thiết kế thuỷ điện, Viện quy hoạch thuỷ lợi, Viện năng lượng, Công ty
SWECO… Theo kết quả nghiên cứu của công ty SWECO đã được Thủ tướng chính
phủ phê duyệt, có 6 công trình thuỷ điện chính trên lưu vực sông Sê San với các
thông số chính như bảng 2.2
Bảng 2.2 Thông số các công trình chính trên sông Sê San (nguồn: PECC1)
Thông số Đơn vò Tkt Plk Ily Ss3 S3a Ss4
Năm XD 2006 11/2003 11/1993 6/2002 4/2003 2004
Năm VH 2009 2007 2000 2006 2006 2008
Flv Km
2
350 3216 7455 7788 8084 9326
MNDBT M 1170 570 515 304,5 239 215
MNC M 1146 537 490 303,2 238,5 210
Vtb Triệu m
3
173,7 1048,7 1037,1 86,7 80,6 893,3
Vc Triệu m
3
51,0 100,6 258,8 82,9 76,6 629,1
Vhi Triệu m
3
122,7 948,0 778,3 3,8 4,0 264,2
Qđb m
3
/s 88,5 179,1 184,4 188,0 214,9
Qtđ m
3

/s 124,9 254,7 269,0 278,8 323,2
Qxả m
3
/s 1,7 6,7 5,2 5,8 3,2
Qmax m
3
/s 31,5 367,6 420,0 490,0 500,0 698,0
Hmax M 57,5 204,3 65,0 25,0 60,2
Hmin M 22,2 171,9 58,0 19,5 53,7
Htt M 820 31 190 60 21,5 55
Pđb MW 82,4 23,2 313,6 105,9 39,8 106,6
Plm MW 220 100 720 260 108 330

eBook for You
-11-
E
0
Triệu kWh 944,5 417,2 3842,2 1302,8 499,4 1388,1
Hsd Giờ 4172 5336 5011 5202 4206
∆Pđb MW 106,4 38,2 11,2 26,1
∆E
0
Triệu kWh 195,7 52,7 21,0 20,4
Điều tiết
Nhiều
năm
Năm Năm Ngày Ngày Năm
Ghi chú: Flv là diện tích lưu vực hồ,
MNDBT là mực nước dâng bình thường (so với mực nước biển),
MNC là mực nước chết (so với mực nước biển),

Vtb là dung tích toàn bộ hồ chứa (với mực nước cao trình đỉnh đập),
Vc là dung tích chết của hồ chứa (tức ứng với MNC),
Vhi là dung tích hữu ích của hồ chứa (tức ứng với MNDBT),
Pđb làø công suất đảm bảo,
Plm là công suất lắp máy,
Hmin, Hmax, Htt là cột áp nhỏ nhấât, lớn nhất và tính toán,
E
0
là sản lượng điện trung bình năm (khi toàn bộ các hồ chứa được
đưa vào làm việc),
∆E
0
là sản lượng điện tăng thêm khi đưa đầy đủ các hồ vào vận
hành (so với các hồ vận hành riêng lẻ).
Nhận xét: ở bảng 2.2, trong số 6 công trình hồ thì chỉ có 3 công trình bao
gồm Ialy, Pleikrông và Sê San 4 là những hồ có dung tích hữu ích khá lớn. Hồ
Thượng Kon Tum cũng có dung tích hữu ích khá lớn nhưng hạ lưu nhà máy xả nước
về đông Trường Sơn (tỉnh Quảng Ngãi). Các hồ Sê San 3 và 3A có dung tích rất
nhỏ.

eBook for You
-12-
2.2 Đặc trưng thuỷ văn lưu vực sông, đặc tính các hồ chứa trên sông
Sêsan

2.2.1 Đặc trưng thuỷ văn lưu vực sông Sê San
Đặc trưng thuỷ văn các hồ chứa trong lưu vực được tổng hợp ở bảng 2.3
Bảng 2.3 Đặc trưng thuỷ văn các hồ chứa lưu vực sông SêSan (nguồn: PECC1)
T
T

Đặc trưng thuỷ văn
Ký
hiệu
Đơn
vò
Tkt Plk Ily Ss3 S3a Ss4
1 Dòng chảy năm Qo

m
3
/s

15,2 128 264 274 286 329
2 Mô đun dòng chảy Mo

l/skm
2
39,80 35,10 35,18 35,28
3 Lớp dòng chảy năm Yo

mm
1258,9 1105,0 1109,5 1112,7
4 Hệ số biến dạng Cv 0,24 0,23 0,22 0,22
5 Hệ số thiên lệch Cs 0,48 0,23 0,44 0,44
6
Tổng lượng dòng
chảy năm
Wo 10
6
m

3
4037 8270 8640
10370
7
Dòng chảy năm
ứng với tần suất
Qp=10%
Qp=50%
Qp=90%
Qp

m
3
/s
m
3
/s
m
3
/s

169
126
90,7


5630
250
146

354
270
200
424
324
240
2.2.2 Đặc tính các hồ chứa trên sông Sê San
Như đã trình bày trong mục 2.1.6 và bảng 2.2, trên lưu vực sông Sê San có
06 hồ chứa gồm hồ Thượng Kon Tum, Pleikrông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A và Sê
San 4. Trong đó điều tiết năm có hồ Thượng Kon Tum, điều tiết mùa có hồ
Pleikrông, Ialy và Sê San 4, điều tiết ngày có hồ Sê San 3 và Sê San 3A.
Phần sau sẽ trình bày đặc tính các hồ chứa (hay còn gọi là đặc tính Zhồ) cho
dưới dạng bảng quan hệ giữa chiều cao mức nước và dung tích hồ (Số liệu được thu
thập theo thiết kế kỹ thuật các hồ chứa và có hiệu chỉnh theo khối lượng bồ lắng
lòng hồ sau thời gian vận hành).

eBook for You
-13-
2.2.2.1 Hồ Pleikrông
Bảng quan hệ mức nước và dung tích hồ trong đoạn dung tích hữu ích hồ
(mực nước chết-cao trình 537m, cao trình đỉnh đập 575m):

Bảng 2.4 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Pleikrông (nguồn: Ily)
Thứ tự
điểm
h [m] v [triệu m
3
]
Thứ tự

điểm
h [m] v [triệu m
3
]

1 535,0 79,231 9 555,0 453,111
2 537,5 106,004 10 557,5 529,339
3 540,0 137,870 11 560,0 613,634
4 542,5 175,292 12 562,5 706,570
5 545,0 218,361 13 565,0 809,286
6 547,5 267,056 14 567,5 922,715
7 550,0 322.026 15 570,0 1048,686
8 552,5 384,076 16 572,5 1189,222
17 575,0 1343,785
2.2.2.2 Hồ Ialy
Bảng quan hệ mức nước và dung tích hồ trong đoạn dung tích hữu ích hồ
(mực nước chết-cao trình 490m, đến cao trình đỉnh đập 520m):
Bảng 2.5 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Ialy (nguồn: Ily)
Thứ tự
điểm
H [m] v [triệu m
3
]
Thứ tự
điểm
h [m] v [triệu m
3
]
1 490 258,071 16 505 598,858
2 491 275,126 17 506 629,744

3 492 292,765 18 507 662,897
4 493 310,986 19 508 698,317
5 494 329,790 20 509 736,004
6 495 349,178 21 510 775,958
7 496 369,587 22 511 824,592

eBook for You
-14-
8 497 391,021 23 512 875,022
9 498 413,479 24 513 927,249
10 499 438,058 25 514 981,273
11 500 461,466 26 515 1037,093
13 501 486,438 27 516 1110,293
13 502 512,664 28 517 1187,400
14 503 540,142 29 518 1268,400
15 504 568,874 30 519 1360,000
31 520 1442,596
2.2.2.3 Hồ Sê San 3
Hồ chứa của nhà máy thuỷ điện Sê San 3 rất nhỏ, dung tích hữu ích của hồ
là 3,8 triệu m
3
(theo bảng 2.2). Trong luận văn này, có thể coi nhà máy Sê San 3
không có hồ chứa, do đó nhà máy sẽ phải phát công suất mỗi khi có lưu lượng nước
về hồ. Tuy nhiên, với các số liệu của hồ ta phân tích chi tiết quan hệ dung tích và
mức nước từ mức nước chết-cao trình 303,2m đến cao trình đỉnh đập-cao trình
310,0m như bảng 2.8.
Bảng 2.6 Quan hệ mức nước và dung tích hồ Sê San 3 (nguồn: Ily)
Thứ tự
điểm
H [m] v [triệu m

3
]
Thứ tự
điểm
h [m] V [triệu m
3
]
1 303,2 82,900 4 305,0 88,250
2 304,5 86,700 5 306,0 91,300
3 6 310,0 104,200
Ghi chú: Đối với các hồ chứa Thượng Kon Tum, Sê San 3A và Sê San 4, do
chưa có số liệu chính thức của hồ chứa nên luận văn này chưa xét đến các hồ chứa
của 3 nhà máy trên.
2.2.3 Đặc tính các công trình tràn của hồ chứa
Đập tràn là công trình quan trọng nhằm đảm bảo vận hành an toàn cho đập
dâng và các công trình khác thuộc phạm vi lòng hồ. Đập tràn phải có đặc tính phù

eBook for You
-15-
hợp nhằm khi xả nước ở lưu lượng lớn không ảnh hưởng đến kết cấu của đập dâng.
Các đập tràn trên các đập dâng của sông Sê San có kết cấu tương đối giống nhau,
bằng nhau về số lượng cửa xả và khả năng giải phóng nước ở tần suất 0.1 %.
Trong bài toán quy hoạch ngắn hạn, do thời gian khảo ngắn (<168h), thì mức
nước hồ được biết trước do tuân thủ theo mức nước quy đònh của điều tiết hồ dài
hạn, do đó công trình tràn có thể không tham gia vào bài toán vì lưu lượng xả tràn
bằng không. Khi lưu lượng xả tràn khác không thì công trình tràn được mô hình và
đưa vào bài toán. Chi tiết mô hình toán học biểu diễn quan hệ lưu lượng xả tràn với
mức nước hồ được xây dựng trong chương 3.
2.3 Chính sách quản lý-điều tiết hồ chứa
Ưu điểm của hệ thống thuỷ điện là tích nước với giá rẻ vào mùa lũ để sử

dụng với giá trò cao hơn vào các mùa kiệt. Tuy nhiên, do hạn chế về dung tích hồ
chứa đã làm cho công tác điều tiết hồ chứa trở thành công việc khó khăn, càng khó
khi dung tích hồ chứa càng nhỏ. Điều tiết hồ chứa là chính sách vận hành hồ dài
hạn nhằm xác đònh các mức nước mục tiêu phù hợp cho từng tháng trong năm,
ngày trong tháng, thậm chí giờ trong ngày đối với các hồ chứa nhỏ… dựa trên các
kế hoạch sửa chữa thiết bò, số liệu dự báo khí tượng, lưu lượng nước về hồ và số
liệu thuỷ văn quá khứ (đối với các nhà máy trên sông Sê San đã có được chuỗi
thuỷ văn 45 năm). Tuy nhiên, đối với quy hoạch vận hành dài hạn thì các số liệu
khí tượng và thuỷ văn được coi là các yếu tố bất đònh.
Các mức nước hiện hành và mức nước mục tiêu vào cuối thời kỳ khảo sát
ngắn hạn được căn cứ vào chính sách vận hành dài hạn của từng hồ chứa. Chi tiết
về chính sách vận hành dài hạn các hồ chứa không nằm trong phạm vi của luận
văn này. Tuy nhiên, phần sau đây sẽ mô tả sơ bộ chính sách điều tiết hồ chứa
[AND2005].


eBook for You