Cực tiểu chi phí phát điện hệ thống thủy nhiệt điện

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU


HVTH: Đào Thanh Tâm Trang vii


MC LC
Trang tựa TRANG
Quyt định giao đề tài
Lý lịch khoa học i

Li cam đoan ii
Cm t iii
Tóm tt lun văn iv
Mục lục vii
Danh sách các ch vit tt x
Danh sách các ký hiu xi
Danh sách các hình xii
Danh sách các bng xiii
Chng 1: TNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các nghiên cu 2
1.3 Mục đích ca đề tƠi 3
1.4 Tầm quan trọng ca đề tài 3
1.5 Phm vi nghiên cu 4
1.6 Điểm mi đề tài 4
1.7 Giá trị thực tin 4
Chng 2: C S LÝ THUYT 5
2.1 Tối u ngun phát và vn hành kinh
t
5

2.1.1 Phân bố tối u và trao đi công suất kinh
t
5
2.1.2 Yêu cầu và vai trò ca vn hành kinh
t
5
2.1.2.1 Yêu cầu vn hành kinh
t
5
2.1.2.2 Chất lợng phục
vụ
6
2.1.2.3 Chi phí sn
xuất
6
2.1.2.4 Gim chi phí nhiên liu trong vn
hành
7
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang viii

2.1.2.5 Gim tn thất đin
năng
8
2.2 Nhà máy thy đin 8
2.2.1 Số liu thy
văn
8
2.2.2 Phân loi điều

tit
9
2.2.2.1 Theo thi gian 10
2.2.2.2 Theo tính chất điều tit 14
2.2.3 Phân loi nhà máy thy đin 15
2.2.3.1
Phân loi nhà máy thy đin dựa vào chiều cao ct
nc
15
2.2.3.2 Phân loi nhà máy thy đin dựa vào đặc tính
ti
15
2.2.3.3 Phân loi dựa vào vị
trí
16
2.2.4 Mô hình toán học các nhà máy thy
đin
18
2.2.4.1 Mô hình
Glimn-Kirchmayer
18
2.2.4.2 Mô hình
Hildebrand
19
2.2.4.3 Mô hình
Hamilton-Lamont
19
2.2.4.4 Mô hình
Arvanitidis-Rosing
20

2.3
Nhà máy nhit đin
20
2.3.1
Đng cong chi phí
[17]
20
2.3.2

Ni suy đng cong chi phí
22
2.4 Phối hợp h thống hy nhit đin
[18]
23
2.4.1 Gii
thiu
23
2.4.2 Tính cần thit ca bài toán phối hợp h thống thy nhit
đin
25
2.4.3 Đặc tính h thống thy-nhit
đin
25
2.4.4 Phân loi bài toán phối hợp h thống
thy-nhit
27
2.4.4.1 Bài toán phối hợp thi gian
dài
27
2.4.4.2 Bài toán phối hợp thi gian

ngn
29
2.4.5
Tng quan công suất gia các nhà máy trong h
thống
29
2.5 Phân bố công suất cho h thống thy-nhit đin
[19]
30
Chng 3
:
THÀNH LP BÀI TOÁN
33
3.1 Hàm mục tiêu 33
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang ix

3.2 Các ràng buc bài toán 33
3.2.1 Ràng buc cân bằng công suất 33
3.2.2 Ràng buc về tng lu lợng nc x ti mỗi khong thi gian t
m
34
3.2.3 Ràng buc về thể tích nc 34
3.2.4 Điều kin thể tích nc ban đầu và cuối 34
3.2.5 Gii hn thể tích nc 34
3.2.6 Gii hn lu lợng nc x 34
3.2.7 Ràng buc về gii hn công suất phát 35
3.2.8 Các ràng buc khác 35
3.3 Gii thut Cuckoo search cho bƠi toán điều đ kinh t trong h thống đin . 35

3.3.1 Vấn đề bài toán 35
3.3.2 Gii thiu thut toán cuckoo search 36
3.3.2.1 Hành vi chim Cuckoo 36
3.3.2.2 Đặc tính Lévy Flight 37
3.3.2.3 Thut toán Cuckoo Search 37
3.4 Áp dụng thut toán Cuckoo Search vào bài toán cụ thể 41
3.4.1 Bài toán 1 41
3.4.1.1 Thông số cƠi đặt cho thut toán CS 43
3.4.1.2 Các bc thực hin bài toán vi CSA 44
3.4.2 Bài toán 2 51
3.4.2.1 Thông số cƠi đặt cho thut toán CS 52
3.4.2.2 Các bc thực hin bài toán vi CSA 52
Chng 4: KT QU TÍNH TOÁN 60
4.1 Kt qu chy cho bài toán 1 60
4.2 Kt qu chy cho bài toán 2 64
Chng 5: TNG KT VÀ HNG NGHIÊN CU 66
5.1 Tng kt đề tài 66
5.2 Đề xuất hng nghiên cu 66
TÀI LIU THAM KHO 68
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU


HVTH: Đào Thanh Tâm Trang x


DANH SÁCH CÁC CH VIT TT
CSA: Cuckoo search algorithm
ST-HTS: Short-term hydrothermal scheduling
EP: Evolutionary programming technique
GA: Genetic algorithm

GS: Gradient search techniques
SA: Gradient search techniques
ED: Economic dispatch
PSO: Particle Swarm Optimization
ACO: Ant Colony Optimization
BA: Bee Algorithm
FA: Firefly Algorithm










Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang xi

DANH SÁCH CÁC KÝ HIU

[…] : Tài liu tham kho
(…) : Biểu thc toán học
a
hj
, b
hj
, c

hj
: Các h số x nc ca nhà máy thy đin th j.


a
si
, b
si
, c
si
: Các h số chi phí nhiên liu ca nhà máy nhit đin th i.
B
ij
, B
0i
, B
00
:

Ma trn tn thất công suất truyền ti B
P
D,m
: Ti yêu cầu ca h thống ti khong thi gian m
P
hj,m
: Công suất phát ca nhà máy thy đin th j trong khong thi gian m.
P
hj,max
: Công suất phát ln nhất ca nhà máy thy đin th j.
P

hj,min
: Công suất phát nhỏ nhất ca nhà máy thy đin th j.
P
L,m
: Tn thất công suất truyền ti ti khong thi gian m.
P
si,m
: Công suất phát ca nhà máy nhit đin th i trong khong thi gian m.
P
si,max
: Công suất phát ln nhất ca nhà máy nhit đin th i.
P
si,min
: Công suất phát nhỏ nhất ca nhà máy nhit đin th i.
q
j,m
: Tốc đ nc chy ca nhà máy thy đin th j trong khong thi gian
m.
k : Là h số cp nht dựa trên xác xuất chim t ch phát hin ra trng l
α : H số
β : H số ca hàm phân phối Lévy
N
p
: Số t chim
N
max
: Số vòng lặp tối đa
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 2.1: Số liu thy văn 9

Hình 2.2: Đ thị nc về và công suất phát 10
Hình 2.3:
Điều tit nc trong ngày
…………………
Hình 2.4: Điều tit nc trong tuần 12
Hình 2.5: Điều tit nc trong năm 12
Hình 2.6: Đng cong lũy tích nhiều năm 14
Hình 2.7: Các nhà máy thy đin trên các dòng sông khác
nhau
17
Hình 2.8: Các nhà máy thy đin trên cùng dòng
sông
17
Hình 2.9: Các nhà máy thy đin liên
h
18
Hình 2.10: Đng cong nhiên liu đầu vào-công suất đầu
ra
21
Hình 2.11: Suất tăng nhiên liu tng ng vi công suất phát 21
Hình 2.12: Giá trung bình theo công suất phát 22
Hình 2.13: Đng cong chi phí 22
Hình 2.14: Tng quan chi phí nhiên liu và công suất
phát
26

Hình 2.15:
H thống N nhà máy thy đin, M nhà máy nhit đin
32
Hình 3.1: Chim Cuckoo ln hn chim t ch 36
Hình 3.2: Lu đ gii thut cho thut toán CS 40
Hình 3.3: H thống 4 nhà máy thy đin bc thang 41
Hình 4.1: Đặc tính hi tụ khi gii bài toán 1 bằng phng pháp CSA 63
Hình 4.2: Đặc tính hi tụ khi gii bài toán 2 bằng phng pháp CSA 65
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang xiii

DANH SÁCH CÁC BNG
BNG TRANG
Bng 2.1: Đặc tính ca các nhà máy thy đin và nhit đin 27

Bng 3.1: Công suất ti cho bài toán 1 (MW) 42
Bng 3.2: H số công suất phát thy đin cho bài toán 1 42
Bng 3.2: H số công suất phát thy đin cho bài toán 1 42
Bng 3.3: Lợng nc vào h cha cho bài toán 1 (×10
4
m
3
) 43
Bng 3.4: Các gii hn thể tích nc, nc x, công suất phát và thể tích đầu cuối
ca h cha cho bài toán 1 (×10
4
m
3
) 43

Bng 3.5: Các gii hn thể tích nc, nc x, công suất phát và thể tích đầu cuối
ca h cha cho bài toán 2 (×10
4
m
3
) 51
Bng 3.6: Công suất ti cho bài toán 2 (MW) 52
Bng 4.1: Kt qu đt đợc bằng CSA cho bài toán 1 60
Bng 4.2: Công suất thy đin và nhit đin có đợc khi gii bài toán 1 bằng CSA
61

Bng 4.3: Lợng nc x mỗi gi có đợc khi gii bài toán 1 bằng CSA (×10
4
m
3
)
62

Bng 4.4: So sánh kt qu có đợc khi gii bài toán 1 bằng CSA vi các phng
pháp khác 63

Bng 4.5: Kt qu đt đợc bằng CSA cho bài toán 2 64
Bng 4.6: So sánh kt qu có đợc khi gii bài toán 2 bằng CSA vi các phng
pháp khác 64

Bng 4.7: Kt qu tối u khi gii bài toán 2 bằng phng pháp CSA 65
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 1

Chng 1
TNG QUAN
1.1 ĐT VN Đ
Nh ta đã bit, h thống đin (HTĐ) đóng vai trò rất quan trọng đối vi sự
phát triển kinh t ca mỗi quốc gia vì nó là mt trong nhng c s h tầng quan
trọng nhất trong nền kinh t quốc dân. Do sự phát triển ca nền kinh t đặc bit là
trong sn xuất công nghip và sự cn kit ngun tài nguyên thiên nhiên, áp lực môi
trng, sự thay đi liên tục vƠ tăng nhanh ca nhu cầu phụ ti lƠm cho HTĐ ngƠy
càng rng ln về quy mô cũng nh phc tp trong vn hành.
Vì vy, tính liên tục cung cấp đin trong h thống đin đợc xem là yu tố
hƠng đầu và vấn đề đặt ra cho ngƠnh đin lực là phi lƠm sao đm bo điều kin
cung cấp đin cũng nh các quy tc an toƠn nh: An toƠn về ngun phát, đng
dây, bo v…vv. Hn na vấn đề về chi phí phát đin cũng là mt vấn đề không
kém phần quan trong. Có thể nói trong thực t các ngun tài nguyên thiên nhiên và
nhiên liu tuy có sẵn trong tự nhiên nhng không phi là vô tn trong tng lai, nên
bài toán cực tiểu chi phí phát đin tht sự đáng lu tơm. Vì nu có thể gim chi phí
phát đin thì giá thành đin năng s gim, vừa to điều kin phát triển nền kinh t và
tit kim ngun tài nguyên vốn dĩ đang ngày càng khan him.
Bên cnh tính đm bo năng lợng thì chi phí phát đin cũng cần đợc xem
xét. Vì nu chỉ đn thuần là ta tip tục xây dựng ngun cung cấp để đáp ng nhu
cầu năng lợng mƠ không quan tơm đn vấn đề kiểm toán năng lợng, hay làm th
nƠo để s dụng tốt các ngun sẵn có, các ngun nƠy đã thực sự đợc s dụng mt
cách hiu qu hay cha…vv. Nu chỉ dừng li  mc đm bo tính kỹ thut mà bỏ
qua tính kinh t thì đơy thực sự là mt sai sót ln.
 Vit Nam ta, công suất ch yu là từ các nhà máy thy đin và nhit đin.
Miền Bc phụ thuc khá ln vào các nhà máy thy đin, trong khi đó Miền Nam thì
thy đin chim phần ln hn. Về mặt c bn thì đã đáp ng đ nhu cầu phụ ti
nhng vn còn phụ thuc nhiều vào thi tit, điều này là hiển nhiên vì thy đin vn
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 2

chim tỉ l cao hn nhiều trong tng các ngun cung cấp. Đáng lu ý là ngun nc
cho thy đin bị hn ch vƠo mùa khô, khi lợng ma ít. Còn các nhà máy nhit
đin thì ngun nguyên liu xem nh lƠ sẵn sƠng để to ra đin. Mặc dù hin nay
nhiên liu cho nhit đin vn còn di dƠo nhng lƠ ngun tài nguyên gii hn và chi
phí còn cao nên chi phí phát đin nhà máy nhit đin vn còn cao so vi các ngun
khác. Vấn đề đặt ra là phi làm sao gim thiểu thi gian mất đin vào mùa khô ( vì
công suất phát gim nhiều vào mùa khô từ các nhà máy thy đin). Vy lợng nc
trong h phi đợc điều tit sao cho thích hợp đm bo an ninh năng lợng trong
mùa khô và không phát quá nhiều công suất trong khi có thi gian li ngừng hot
đng. Đối vi các nhà máy nhit đin thì đm nhim phát phân công suất còn li
hay các t máy nhit đin phi phân bố công suất phát sao cho tối u, lƠm sao để
cực tiểu chi phí phát  mc thất nhất có thể. H thống thy - nhit đin đã đợc
nhiên cu trong đề tài này nhằm mục đích ắ cực tiểu chi phí phát đin h thống thy
– nhit đin”.
Từ nhng tính cần thit nƠy, đã có nhiều bài toán “ phối hợp phát đin gia
các nhà máy thy đin và nhit đin” đợc đa ra vƠ ng dụng các phng pháp,
thut toán để tìm li gii phân bố công suất tối u gia các nhà máy.Trong gii hn
đề tài s chỉ xét đn bài toán phối hợp trong thi gian ngn vi gi thuyt là các h
cha thy đin có chiều cao ct nc không thay đi trong ngày.
1.2 CÁC NGHIÊN CU
Gii quyt bài toán thy – nhit đin ngn hn mục đích lƠ xác định công suất
phát gia các nhà máy thy đin và nhit đin qua mt khong thi gian mt ngày
hay mt tuần sao cho tng chi phí nhiên liu cho các nhà máy nhit đin là nhỏ
nhất. Vi điều kin làm sao phi thỏa các phng trình cân bằng công suất, các
đẳng thc về ràng buc tng lợng nc x và gii hn thể tích h cha cũng nh
gii hn công suất các nhà máy thy đin, và các bất đẳng thc ràng buc công suất
phát các nhà máy nhit đin [2].
Đã có nhiều phng pháp áp dụng vào bài toán thy nhit đin nh phng

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 3

pháp lp trình tin hóa EP [1-5], thut toán di truyền (GA) [6-7], phng pháp tìm
kim Gradient (GS) [8], phng pháp mô phỏng luyn kim (SA) [9], vƠ phng
pháp lựa chọn vô tính (CSA) [10]. Theo bài báo [1,2], bài toán thy nhit đin ngn
hn bằng EP vi đt bin Gauss. Phng pháp cho kt qu hợp lý (gần điểm cực
thun ca tối u toƠn cục) vi thi gian tính toán vừa phi. Tuy nhiên phng pháp
này chỉ áp dụng gii cho nhng bài toán đn gin không có nhiều ràng buc [4].
Hn th na, phng pháp nƠy không phi lúc nào cũng cho kt qu gần điểm tối
u toƠn cục. Phng pháp GS [8] thì đã đợc áp dụng gii bài toán vi mô hình nhà
máy phát đin thy đin thông thng có từng khong tuyn tính hay đa thc gần
đùng vi khong tăng đn điu . Tuy nhiên con số gần đùng nƠy dao đng nhiều
nên xem nh không thực t [2]. So sánh kt qu theo [9] thì phng pháp SA có kt
qu tốt hn GS. Nhng các thông số cƠi đặt cho SA rất khó tính và kt qu tính toán
chm khi tính cho h thống ngun có kích thc thực t.
Từ đó cho thấy vic tìm hiểu mt phng gii quyt bài toán tối u mt cách
hiu qu lƠ điều mong muốn và thực t. Qua tìm hiểu về thut toán Cuckoo Search
(CSA), đợc phát triển năm 2009 [12] bi Xin – She Yang Suash Deb, là mt thut
toán lấy cm hng từ vic chim Cuckoo đẻ trng ca chúng vào trong t ch ca
mt t chim loài khác. Kt qu cho thấy CSA là rất kh quan trong vic gii quyt
bài toán tối u. Hn na kt qu tốt hn mt số phng pháp khác nh s trình bày
trong chng 4. Tác gi xin đề xuất áp dụng thut toán này vào gii bài toán “ cực
tiểu chi phí phát đin h thống thy – nhit đin”.
1.3 MC ĐệCH CA Đ TÀI
Cực tiểu hóa chi phí phát đin ngun phát thy-nhit đin, gim thiểu  mc
nhỏ nhất chi phí sn xuất ra đin năng đn ni tiêu thụ trong vn hành là mục tiêu
ca bƠi toán điều đ kinh t trong h thống đin vi phng pháp đề xuất là áp
dụng thut toán “Cuckoo Search” lp trình trên phần mềm Matlab.

1.4 TM QUAN TRNG CA Đ TÀI
Hin cha có lun văn, công trình nghiên cu trong nc về áp dụng thut
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 4

toán Cuckoo Search mi ra đi vào bài toán cực tiểu chi phí phát đin h thống
thy – nhit đin cho h thống đin.
1.5 PHM VI NGHIÊN CU
 ng dụng trong h thống chỉ vi nhà máy thy đin và nhit đin, không
có các nhà máy khác.
 Vic phối hợp các nhà máy thy đin và nhit đin chỉ thực hin trong
thi gian ngn: 1 ngày theo bài toán 1 trình bày trong phần 3.4.1 và 3 ngày
theo bài toán 2 trong phần 3.4.2 vi điều kin bỏ qua tn thất công suất
truyền ti.
1.6 ĐIM MI Đ TÀI
 Cho kt qu hi tụ và thi gian tính toán nhanh.
 Đ n định cao
 Các thông số cƠi đặt ít vƠ phng pháp CS ít phụ thuc vào các thông số
này.
1.7 GIÁ TR THC TIN
Đã có nhiều bƠi toán đợc đặt ra và áp dụng nhiều thut toán gii vi mong
muốn tìm ra phng thc vn hành tối u các nhƠ máy đin trong h thống, mục
đích để đáp ng nhu cầu phụ ti cũng nh gim thiểu chi phí phát đin xuống mc
thấp nhất có thể mà vn thỏa các ràng buc. Mặt khác khi mà các ngun tài nguyên
khoáng sn đang ngƠy cƠng cn kit, ngay c ngun nc trên thợng lu chy về
tng nh vô tn cũng đang dần gim theo thi gian. Thì vic nghiên cu các bài
toán tối u nƠy dần tr thành mối quan tâm ca các nhà nghiên cu. Chính vì vy,
đề tài “Cực tiểu chi phí phát đin h thống thy - nhit đin” s góp phần gii quyt
vấn đề này.

Vi kt qu nghiên cu thì đề tài có thể:
 ng dụng cho h thống thy nhit đin trong h thống.
 S dụng làm tài liu cho môn vn hành nhà máy và h thống đin
 S dụng thut toán và phng pháp nghiên cu cho các nghiên cu khác.
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 5

Chng 2
C S LÝ THUYT

2.1 TI U NGUN PHÁT VÀ VN HÀNH KINH
T

2.1.1 Phân b ti u và trao đi công sut kinh
t

Phân bố tối u ngun phát là sự bố trí phát công suất ti các ngun phát sao
cho
chi
phí tiêu hao nhiên liu là thấp nhất, nhng phi đm bo về đ tin cy
cung cấp đin
và
chất lợng đin
năng.

Mt trong nhng bài toán kinh t - kỹ thut khi vn hành và thit k h
thống
đin
là: xác định sự phân bố tối u công suất gia các nhà máy đin trong

h thống đin
nhằm
đáp ng giá trị phụ ti tng cng đã qui
định.

Vic nghiên cu phng thc phân bố tối u công suất trong h thống đin
không
nhng nâng cao tính kinh t trong vn hành mà còn đóng góp vào tính
chính xác và hợp
lí
khi qui hoch, thit k h thống
đin

Trao đi công suất kinh t thực chất là vic mua bán đin sao cho c hai bên
đều
có
lợi, vic trao đi công suất kinh t có thể din ra khi có sự chênh lch
có mc đ
gia
suất tăng chi phí nhiên liu ca hai h
thống.

Trao đi công suất kinh t xy ra khi có sự lựa chọn ngun cung cấp đin
cho
phép,
lấy ví dụ, trong vic sn xuất, bán hoặc mua đin. Trong nhng
trng hợp nh
vy,
quyt định mua hoặc không mua đin đợc dựa trên c s
tng quan kinh t trong

mỗi
trng hợp và các chi phí tăng trng kèm theo
và các giá trị gim phát, các tn
hao
truyền ti (h số pht) cũng đợc tính đn
trong vic phân bố đin đn điểm kt nối
gia
các h
thống.

2.1.2 Yêu cu và vai trò ca vn hành kinh
t

2.1.2.1 Yêu cầu vận hành kinh
tế

Tất c các yêu cầu ca vn hành h thống đin trực tuyn phi đợc thực
hin
ngay
lp tc, và vic sn xuất, phân phối năng lợng s đợc vn hành vi
giá thành nhỏ
nhất.
Các yu tố này thông thng không đợc chú ý ca cng
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 6

đng dân chúng, và họ rất ít
khi
nghĩ đn h thống, trừ khi có rc rối sự cố hay

mất đin, dù là thoáng
qua.

Các yu tố kinh t bị nh hng bi các tác đng ca ngi vn hành bao
gm
phân
bố ti cho thit bị ngun phát, thng là ca nhà máy nhit đin ni mà
các hiu suất
và
giá thánh nhiên liu là các yu tố chính trong giá thành sn
xuất đin. Vic vn
hành
trong các nhà máy thy đin cũng có thể nh hng
đn giá thành phát đin, ni mà
các
khong thi gian trong năm kh năng ngun
nc ln và các khong thi gian còn li
thì
phi cân nhc. Kh năng mua đợc
đin và lịch đi tu hoặc sa cha thit bị, tất c
có
nh hng đn giá thành vn
hành. Ngi điều khiển h thống phi điều khiển mt
cách
cân nhc vi nhng
yu tố
này.
2.1.2.2 Chất lượng phục
vụ

 Chất lợng đin năng theo pháp
định:

 Chất lợng tần số.
 Chất lợng đin áp.
 Đ tin cy cung cấp đin hợp lý.
2.1.2.3 Chi phí sản
xuất

 Chi phí sn xuất bao
gm

 Chi phí nhiên liu.
 Tn thất đin năng.
 Chi phí bo dỡng định kỳ.
 Chi phí để khc phục hu qu, sa cha thit bị hỏng do sự cố.
 Chi phí tiền lng.
 Khấu hao thit bị.
 Vai trò vn hành kinh
t

Vn hành kinh t có thể gim đn mc nhỏ nhất chi phí sn xuất đin năng,
mục tiêu
ca
vic phân bố tối u ngun phát trong h thống đin, bao
gm:

 Gim chi phí do nhiên
liu.

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 7

 Gim tn thất đin
năng.

Các mục tiêu trên đợc thực hin bằng
cách:

 Qui hoch thit k h thống đin vi các ch đ kinh t nhất và có đ
các
trang
thit bị cần thit để điều khiển các ch đ vn
hành.

 Trong vn hành, lp k hoch vn hành đúng đn và thực hin đợc k
hoch
đó
Tóm li, yêu cầu ca vn hành kinh t h thống đin là đm
bo an toàn tuyt đối cho
h
thống đin, đm bo chất lợng phục vụ,
có chi phí sn xuất, truyền ti và phân phối
thấp

nhất.

2.1.2.4 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận
hành

 Gim chi phí nhiên liu trong vn hành bao
gm:

 u tiên tăng lợng công suất phát ra ti các nhà máy nhit đin gần phụ
ti nhằm gim tn hao truyền ti dn đn gim chi phí tiêu hao nhiên liu
trong toàn h thống.
 u tiên tăng lợng công suất phát ra ti các nhà máy nhit đin có tiêu
hao nhiên liu thấp.
 Trit để s dụng ngun nc ca nhà máy thy đin, gim đn nhỏ nhất
lợng nc x không qua turbine.
 Phối hợp s dụng nc ca nhà máy thy đin vi s dụng các nhà máy
nhit đin và phối hợp gia các nhà máy nhit đin vi nhau sao cho chi
phí sn xuất đin năng là nhỏ nhất.
 K hoch vn hành h thống đin đợc thực hin nh
sau:

 Lp k hoch khai thác các thy đin cho năm, lợng nc s dụng trong
từng tháng sau đó cho từng tuần l.
 Lp k hoch vn hành chi tit cho từng tuần l gm: thành phần t máy
tham giavn hành, lợng nc s dụng trong tuần, trong ngày, trong gi.
 Lp k hoch vn hành ngày đêm bằng cách xác định công suất phát từng
gi catừng nhà máy tham gia vn hành, k hoch ngừng và khi đng
li các t máy.
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 8

 K hoch đợc lp trên c s dự báo nc về các h cha và dự báo phụ
ti dài hn, ngn hn.

K hoch sn xuất bao gm c k hoch bo dỡng định kỳ các t máy
trong
năm.
Để lp đợc các k hoch trên có hai bài toán c s phi s dụng
thng xuyên là
phân
bố công suất tối u gia các nhà máy nhit đin và phân
bố tối u công suất gia các
nhà
máy thy đin và nhit
đin.
2.1.2.5 Giảm tổn thất điện
năng

Gim tn thất đin năng có ý nghĩa rất ln trong vn hành li đin. Gim
tn thất
đin
năng bao gm các bin pháp cần thêm vốn đầu t và các bin pháp
không cần vốn đầu
t.
Có nhng bin pháp thực hin mt lần khi quy hoch thit
k h thống đin nh chọn
dây
dn chống tn thất vầng quang; có bin pháp
đợc chuẩn bị trong quy hoch thit k
và
đợc thực hin trong vn hành nh
phân bố tối u công suất phn kháng, điều chỉnh
đin áp.
2.2 NHÀ MÁY THY ĐIN

2.2.1 S liu thy
văn

Lu lợng nc về hàng năm là thông số ht sc quan trọng vi nhà máy thy
đin
trong
vn hành h thống nhằm đm bo an ninh năng lợng cũng nh kinh t phụ
thuc dòng sông.
Số
liu này gọi là số liu thy văn, là chuỗi số liu quan sát và thống
kê lu lợng nc. Các
trm
quan trc thy văn trên nhng vị trí khác nhau ca dòng
sông có thể ghi trị số lu lợng nc
đo
hàng ngày trong nhiều năm liên tục. Dựa trên
c s chuỗi số liu thy văn ngi ta thit lp
các
loi số liu đặc trng khác nhau cho
dòng sông. Để có đợc c s chuỗi số liu thy văn,
ngi
ta quan sát liên tục từ 50
năm tr lên. Chuỗi số liu thy văn thng đợc thể hin di
dng
bng số
hay
đ
thị.
Có thể thấy rằng, dòng chy tự nhiên trên các con sông phụ thuc vào thi tit,
khí hu.

Ngoài
ra, lu lợng nc này còn có tính chu kì nhiều năm do nh hng ca
địa hình, lực hấp dn
ca
mặt
trăng.


Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 9


Hình 2.1: S liu thy văn
Biểu đ thy văn có ý nghĩa ln trong vic tính toán thit k và vn hành nhà
máy
thy
đin.
Tuy
nhiên, do đặc tính thay đi ngu nhiên và không chc chn theo
mt quy lut hay
chu
kì nào, các số liu thy văn chỉ có ý nghĩa trung bình xác suất.
Giá trị thực t lu lợng nc

mt thi điểm nào đó có thể sai lch vi giá trị đã
đợc xác định theo biểu đ. Nhng sai số
này
không đáng kể nên biểu đ vn có ý
nghĩa

ln.

2.2.2 Phân loi điu
tit

Ch đ thay đi ca dòng chy tự nhiên thng không phù hợp vi nhu
cầu cung
cấp
đin. Chẳng hn, xét trong chu kỳ 1 năm thì lu lợng nc trên
sông thay đi rất
mnh,
tng ng vi biểu đ thuỷ văn (Hình 2.2a), nh vy
vào mùa có lu lợng nc v
quá
nhiều, không thể s dụng ht theo công suất
vn hành các t máy, còn mùa cn
lợng
nc ca dòng chy quá ít không đáp
ng đ cho nhu cầu phát đin. Xét trong phm
vi
ngn hn, ví dụ mt ngày đêm,
thì lu lợng nc hầu nh cha thay đi, trong khi
đó
biểu đ công suất phụ
ti tng h thống li thay đi rất ln theo ca làm vic ca các
nhà
máy xí nghip
và nhu cầu đin sinh
hot.

Vấn đề đặt ra là có thể tn dụng tối đa kh năng tích nc ca h điều tit
li dòng
chy
nhằm đáp ng tốt nhất cho nhu cầu phát đin (cha nói đn các
loi điều tit khác).
H
càng ln thì hiu qu điều tit càng
cao.
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 10


Hình 2.2: Đ th nc v và công sut phát
Mục tiêu chung ca bài toán điều tit dòng chy là nhằm đem li hiu qu
kinh t cao nhất, xét trong phm vi toàn h thống. Tuy nhiên, tuỳ theo điều kin
ngi ta thực hin các bài toán khác nhau, mục tiêu cụ thể ca mỗi trng hợp có
thể không giống nhau, do chỉ khai thác đợc mt phng din duy nhất ca hiu
qu kinh t.
2.2.2.1 Theo thời gian
Theo thi gian, ngi ta chia ra các loi điều tit sau:
- Điều tit
ngày;

- Điều tit tuần;
- Điều tit năm;
- Điều tit nhiều năm;
Vic phơn loi theo thi gian là nhằm xác định khong thi gian thực hin tính
toán điều tit. Vi nhng khong thi gian khác nhau, mô t toán học và hàm mục
tiêu ca bài toán có thể hoƠn toƠn khác nhau. Đó lƠ vì kh năng thực hin điều tit

và hiu qu đem li không giống nhau.
 Điu tit ngày
Trong phm vi mt ngƠy đêm, lu lợng ca dòng chy hầu nh không thay
đi trong khi phụ ti h thống li thay đi nhiều, chỉ có thể đặt bƠi toán điều chỉnh
công suất NMTĐ (cũng có nghĩa lƠ thay đi lu lợng dòng chy) sao cho h thống
có lợi nhất. Không có kh năng lƠm tăng thêm sn lợng đin năng cho NMTĐ bi
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 11

lợng nc không đi. Thực ra bƠi toán điều tit nc cho NMTĐ trong trng hợp
này nằm trong bài toán chung ca h thống: phơn bố tối u cho các NMĐ vi h
thống đin hỗn hợp thuỷ nhit đin. Tuy nhiên, xét riêng các NMTĐ ngi ta cũng
thng áp dụng các phng pháp riêng đn gin hn. Kt qu ca bƠi toán điều tit
ngày cũng có dng chung lƠ điều chỉnh công suất NMTĐ theo phần đỉnh ca biểu
đ phụ ti tng h thống (Hình2.3). Khi đó các NMNĐ có kh năng làm vic vi
biểu đ phát bằng phẳng hn.
 Điu tit tuần
Điều tit tuần cũng có ý nghĩa tng tự nh điều tit ngƠy. Lu lợng nc
trên sông trong phm vi mt tuần cũng vn đợc coi nh không đi. Các ngày làm
vic (từ th 2 đn th 6) đin năng tiêu thụ nhiều hn ngƠy th 7 và ch nht. Điều
tit tuần thực chất lƠ thay đi trị số lu lợng nc trung bình các ngày trong tuần
để đáp ng sự tăng đin năng s dụng các ngày làm vic (đầu tuần) và gim đin
năng trong các ngƠy nghỉ cuối tuần.
Trên hình 2.4.a,b,c minh họa sự thay đi trị số trung bình ngày về công suất,
lu lợng và mc nc trong h. Đng mc nc v bằng nét đt trên hình 2.4.c
biểu thị sự thay đi mc nc c trong phm vi ngày. Mục tiêu ca điều tit tuần
cũng là gim chi phí vn hành tng trong h thống.
Trị số trung bình công suất, lu lợng nc, mực nc trong h thay đi các
gi trong ngày (hình 2.3), các ngày trong tuần (hình 2.4).

 Điu tit năm
So vi điều tit ngƠy vƠ điều tit tuần, điều tit năm có nhng đặc trng hoƠn
toàn khác, không thể coi lu lợng nc trên sông lƠ ít thay đi. Hn na, đơy còn
là nguyên nhân hn ch hiu qu khai thác thy năng ca NMTĐ. Vì vy nhim vụ
ca điều tit năm là làm cho dòng chy đng đều hn nhằm khai thác tối đa năng
lợng ca dòng chy.
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 12


Hình 2.3:
Điu tit nc trong ngày

Hình 2.4: Điu tit nc trong tun


Hình 2.5: Điu tit nc trong năm

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 13

Hình 2.5 thể hin hiu qu ca bƠi toán điều tit năm bằng h cha (trng
hợp h đ ln vƠ trng hợp có thể tích hn ch). Nu không điều tit thì vào mùa
lũ, NMTĐ chỉ có thể vn hành vi lu lợng tối đa Q
TD
max
, x toàn b lu lợng
nc thừa, trong khi mùa cn chỉ có thể vn hành vi lu lợng rất nhỏ theo dòng

chy tự nhiên ca dòng sông. Nu h đ ln có thể vn hƠnh quanh năm vi lu
lợng nc cực đi (bằng lu lợng nc trung bình ca dòng sông), toàn b lu
lợng nc thừa tích trong mùa lũ đợc dùng vừa ht trong mùa cn. Khi h có
dung tích hn ch, có mt phần nc thừa trong mùa lũ bị x trƠn. Tuy nhiên, lợng
nc tích lũy đợc đầy h nơng lu lợng nc vn hành trong mùa cn lên thêm
đáng kể, cùng vi ct nc cũng đợc dơng cao. Hiu qu ắtn dụng nc dòng
chy” và hiu qu ắdơng cao ct nc” ca điều tit năm làm sn lợng đin năng
NMTĐ lƠ tăng lên đáng kể.
Ngi ta cũng thng chia bƠi toán điều tit năm thành 2 mùa riêng bit để
gii (mùa nc lên vƠ mùa nc xuống) vì chúng có nhng đặc trng đc lp tng
đối.
 Điu tit nhiu năm
Loi điều tit nƠy đợc xét đn khi h có dung tích ln (vợt trên thể tích san
bằng hoàn toàn dòng chy theo chu kỳ 1 năm), trong khi dòng chy bin đng nhiều
vi chu kỳ dài hn (nhiều năm). Nhiều dòng sông có chu kỳ dài hn khá rõ rt, ví dụ
c 6 năm li có 1 năm nc cực đi, mt năm nc cực tiểu (hinh 2.6).
Nu h có dung tích ln, có thể tích đầy h vào cuối nhng năm nc to ri
dùng dần vào na chu kỳ nc cn. Khi h đ ln cũng có thể san bằng hoàn toàn
dòng chy theo chu kỳ nhiều năm. Hình 2.6 v đng cong lũy tích nhiều năm ca
dòng chy có chu kỳ 6 năm. Tng tự nh chu kỳ 1 năm, có thể xác định đợc
dung tích h cha đ ln san bằng hoàn toàn dòng chy nhiều năm theo đng cong
lũy tích.

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 14


Hình 2.6: Đng cong lũy tích nhiu năm
2.2.2.2 Theo tính chất điều tiết

Theo tính chất điều tit, ngi ta chia ra 2 loi : Điều tit ngn hn vƠ điều
tit dài hn.
 Điu tit ngắn hạn
Trong đó điều tit ngƠy vƠ điều tit tuần tng ng vi điều tit ngn hn, điều
tit mùa, điều tit năm vƠ điều tit nhiều năm tng ng vi điều tit dài hn. Cách
phân loi nh trên không đn thuần chia li khong thi gian mà ch yu là do có
sự khác nhau về tính chất gia điều tit ngn hn vƠ điều tit dài hn.
 Điu tit ếài hạn
Vi điều tit dài, thực chất về cách thc điều tit lƠ điều chỉnh li dòng chy
vốn thay đi nhiều tr nên ít thay đi hn cho phù hợp vi nhu cầu cung cấp đin
(đều đặn). Về mục tiêu điều tit thì điều tit dài hn nhằm tn dụng tối đa năng
lợng dòng nc, lƠm tăng sn lợng đin năng ca nhà máy thuỷ đin lên cực đi.
Còn vi điều tit ngn hn, ngợc li, thực hin điều chỉnh dòng chy vốn ít thay
đi tr thƠnh thay đi nhiều hn, phù hợp vi bin đng ca biểu đ công suất ti.
Mục tiêu điều tit là làm gim chi phí vn hành tng ca h thống xuống đn mc
cực tiểu.
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 15

2.2.3 Phân loi nhà máy thy đin
2.2.3.1

Phân loại nhà máy thủy điện dựa vào chiều cao cột
nước
Dựa vào chiều cao ct nc c bn ti các nhà máy thy đin, các nhà
máy
đợc
phân loi nh
sau:

 Nhà máy thy đin chiều cao ct nc thấp (di 30
mét)

Các nhà máy thy đin vi chiều cao ct nc thấp là các nhà máy có
chiều
cao
ct nc thng khong vài mét, s dụng đp rất nhỏ hoặc không có
đp mà dựa
vào
kênh dn. Nhà máy thy đin kiểu này không có kh năng cha
nc ln, do đó
công
suất phát phụ thuc vào lu lợng nc theo mùa trên
các con sông. Loi nhà
máy
này thng có công suất đặt bé hn 25 MW và đợc
xem nh là thy đin
nhỏ.

 Nhà máy thy đin có chiều cao ct nc trung bình ( khong 30 mét đn
100

mét)

Các nhà máy này s dụng mt cái đp ln nằm  vùng núi để có thể to
đợc
h
có kh năng cha khng l. Nc đợc chy từ h thông qua ống dn đn
turbine.

 Nhà máy thy đin có chiều cao ct nc
ln

Các nhà máy này vi đa phần đợc xây dựng mt cái đp có kh năng
cha
nc
 các mùa nc ln nhằm lu tr s dụng cho các mùa khô hn. Nh
có các nhà
máy
thy đin này mà tính liên tục cung cấp đin ca h thống đợc
n định và đáp
ng
đợc nhu cầu phụ ti. Chiều cao ct nc ca các nhà máy
này tng đối ln,
trên
100 mét. Các nhà máy này đóng góp quan trọng cho h
thống bi kh năng điều
chỉnh
công suất tc thi phát lên h thống ca
chúng.
2.2.3.2 Phân loại nhà máy thủy điện dựa vào đặc tính
tải

 Nhà máy thủy điện phát nn ( Base Load
Plants)

Loi nhà máy này cung cấp mt lợng công suất cố định lên li không
phụ
thuc
tng nhu cầu phụ ti. Thi gian vn hành các nhà máy này gần nh

là liên tục
ngoi
trừ trng hợp sa cha hay bo trì định kì. Các nhà máy này
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 16

đợc chỉ định rõ là
các
nhà máy cung cấp công suất nền do có chi phí vn
hành thấp, hiu qu, an toàn
ti
mc công suất phát đang vn hành. Các nhà
máy phát nền không thay đi công
suất
phát theo nhu cầu thay đi công suất ca
ti vì luôn rẻ hn các nhà máy nhit đin
chu
trình kt hợp hay chu trình có chi
phí cao. Rõ ràng rằng các nhà máy này cung
cấp
mt lợng công suất ln vào
h thống. Do đó, nó hiu qu hn khi đợc s dụng
liên
tục để ph toàn b công
suất nền yêu cầu ca phụ ti. Mỗi nhà máy phát mt
lợng
công suất cụ thể từ
tng công suất nền, công suất này chính là đng cong bo
hòa

ca ti h
thống. Đối vi mt h thống cụ thể, các nhà máy này cung cấp khong
30
đn
40 phần trăm công suất cực đi phụ ti. H số mang ti là rất cao. Công suất
đỉnh
trên đ thị thay đi đợc cung cấp bi các nhà máy có công suất nhỏ
hn.

 Nhà máy thủy điện phát đỉnh (Peak Load
Plants)

Các nhà máy phát đỉnh do đặc tính vn hành và yêu cầu kinh t đặt ra. Công
suất
phát ra nhằm đáp ng nhu cầu  nhng gi cao điểm, cũng chính phần ngọn
ca
đ
thị phụ ti. Nhà máy nhit đin turbine khí, nhà máy thy đin tích năng
đợc s
dụng
ti các thi điểm này, hiu suất ca các nhà máy này khong
60-
70%.
2.2.3.3 Phân loại dựa vào vị
trí

Dựa vào vị trí, nhà máy thy đin đợc chia thành 3
loi:

1. Các nhà máy thy đin trên các dòng sông khác

nhau

2. Các nhà máy thy đin trên cùng dòng sông (chuỗi nhà máy thy đin)
3. Các nhà máy thy đin liên h.
Các nhà máy thy đin trên các dòng sông khác nhau, đợc xây dựng trên
các
dòng sông khác nhau và không phụ thuc ln nhau nh trong hình
2.7.
Các nhà máy thy đin trên cùng dòng sông. Khi các nhà máy thy đin
đợc xây
dựng
trên cùng dòng sông, các nhà máy thy đin bên di phụ thuc
vào các nhà máy
thy
đin bên trên nh trong hình 2.8. Nhà máy thy đin bên
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 17




Hình 2.7: Các nhà máy thy đin trên các dòng sông khác
nhau

di nh hng đn nhà
máy
thy đin phía trên gần nhất bi nh hng ca
mực nc h lu và chiều cao ct
nc

hiu
qu.

Các nhà máy thy đin liên h. Các nhà máy thy đin này đợc xây
dựng trên
cùng
dòng sông hoặc trên các dòng sông khác nhau nh trong hình
2.9.

Hình 2.8: Các nhà máy thy đin trên cùng dòng
sông


Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. VÕ NGỌC ĐIU

HVTH: Đào Thanh Tâm Trang 18




Hình 2.9: Các nhà máy thy đin liên
h

2.2.4 Mô hình toán hc các nhà máy thy
đin

Các mô hình c bn đợc xây dựng từ mối quan h gia công suất phát ra
bi các t máy và thể tích nc x qua turbine, q (m3) và chiều cao ct nc hiu
qu h (m). Các
mô

hình đợc toán học đợc xây dựng nh sau
:

2.2.4.1 Mô hình
Glimn-Kirchmayer

Mô hình này [26] đợc định nghĩa theo lợng nc x định mc là hàm
toán học
phụ
thuc vào chiều cao ct nc h và công suất phát P có
dng:
q= K.ψ(h).Φ(P) (2.1)
Trong đó:
Hằng số tỉ
l
Hàm ψ(h),Φ(P) đợc định nghĩa là hàm bc hai, tc là:
ψ(h) = ah
2
+ bh + c Trong đó a,b,c lƠ các h số.
ψ(h) = xP
2
+ yP + z Trong đó a,b,c lƠ các h số.