Nghiên cứu tính toán vận hành tối ưu cho hệ thống thủy điện bậc thang trên lưu vực sông đồng nai

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU CÓ

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƢU
CHO HỆ THỐNG THỦY ĐIỆN BẬC THANG
TRÊN LƢU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số:

60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS.TRẦN TẤN VINH

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRỊNH TRUNG HIẾU

Phản biện 1: PGS.TS. NGÔ VĂN DƢỠNG

Phản biện 2: TS. LÊ HỮU HÙNG

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 03
tháng 3 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Các công trình nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng
Nai 4 và Đồng Nai 5 là một nhóm các nhà máy trên lưu vực sông Đồng
Nai. Việc khai thác tối ưu nguồn nước trên bậc thang thủy điện sẽ dẫn đến
khai thác tối ưu sản lượng cho hệ thống.
Với việc Thị trường phát điện cạnh tranh đang dần hoàn chỉnh và
chuẩn bị cho Thị trường bán buôn điện cạnh tranh chính thức. Việc điều
tiết hồ chứa và tối đa hóa doanh thu của từng nhà máy, tối ưu sản lượng
một cụm các nhà máy thủy điện trên cùng một dòng sông càng có ý nghĩa
quan trọng.
Cụm các nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4 và
Đồng Nai 5 có tổng công suất lắp đặt 740 MW, nối vào trạm 500kV Đăk
Nông và trạm 50kV Di Linh. Với trào lưu công suất từ miền Trung truyền
tải vào miền Nam nên các nhà máy thường xuyên kết lưới khu vực miền
Nam. Việc cung cấp một lượng công suất đáp ứng nhu cầu của phụ tải
Miền Nam có ý nghĩa đặc biệt với hệ thống điện miền Nam nói riêng và
Việt Nam nói chung và tối đa lợi nhuận doanh thu phát điện của các công
ty phát điện nói riêng.
Xuất phát từ những thực tiễn nêu trên, việc nghiên cứu toán vận

hành tối ưu cho hệ thống các nhà máy thủy điện trên lưu vực sông Đồng
Nai là vấn đề cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là vận hành tối ưu cụm nhà máy bậc
thang thủy điện trên sông Đồng Nai, nhằm đạt hiệu quả kinh tế, kỹ thuật
cao nhất trong thị trường điện.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3&4
* Phạm vi nghiên cứu
Phân tích, tính toán vận hành tối ưu một số nhà máy thủy điện trên
lưu vực sông Đồng Nai khi tham gia thị trường phát điện cạnh tranh.


2

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu vị trí địa lý, thông số kỹ thuật, vị trí kết lưới của các
nhà máy thủy điện trên lưu vực sông Đồng Nai.
- Nghiên cứu Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông
Đồng Nai.
- Xây dựng các đặc tính hồ chứa, đặc tính turbine, máy phát của các
nhà máy bậc thang thủy điện.
- Xây dựng hàm mục tiêu là cực đại doanh thu trong thị trường điện
vào cuối thời gian khảo sát với các ràng buộc về mức nước mục tiêu, công
suất phát… của các nhà máy thủy điện trên cùng bậc thang.
- Ứng dụng thuật toán phù hợp để giải bài toán vận hành tối ưu trong
kế hoạch vận hành ngày, tuần, năm hệ thống bậc thang thủy điện.
- Xây dựng chương trình để giải bài toán vận hành tối ưu ngắn hạn
và dài hạn hệ thống bậc thang thủy điện.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Xây dựng phương pháp tính toán để đưa ra chiến lược vận hành tối
ưu về kỹ thuật cũng như kinh tế của các nhà máy thủy điện trên dòng sông
Đồng Nai. Qua đó, nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của các Công ty
Thủy điện trong Thị trường điện.
6. Đặt tên đề tài
Căn cứ mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu đã đề ra, đề tài
được đặt tên: Nghiên cứu tính toán vận hành tối ƣu cho hệ thống thủy
điện bậc thang trên lƣu vực sông Đồng Nai.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn này gồm có 5 chương:
Chương 1. Tổng quan hệ thống bậc thang thủy điện trên sông Đồng
Nai và Thị trường phát điện cạnh tranh hiện nay
Chương 2. Mô hình vận hành tối ưu bậc thang thủy điện
Chương 3. Giải bài toán phân bố tối ưu công suất cho Nhà máy thủy
điện Đồng Nai 3&4.
Chương 4. Chương trình tính toán
Chương 5. Kết luận


3

Chƣơng 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẬC THANG THỦY ĐIỆN
TRÊN SÔNG ĐỒNG NAI VÀ THỊ TRƢỜNG PHÁT ĐIỆN CẠNH
TRANH HIỆN NAY
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ THỦY VĂN LƢU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI
1.1.1. Khái quát về các đặc điểm địa lý thủy văn
Lưu vực sông Đồng Nai nằm trong khu vực khống chế bởi tọa độ
0
11 00’ - 12020’vĩ độ Bắc và 107000’ - 108030’kinh độ Đông. Tổng diện

tích của lưu vực sông Đồng Nai là 38.610 km2 (không kể vùng châu thổ
sông Đồng Nai), chiều dài 476 km và độ hạ thấp khoảng 2000m
Sông Đồng Nai là một trong những con sông lớn nhất ở miền nam
Việt Nam, bắt nguồn từ cao nguyên Lang Biang có độ cao khoảng 2000m
và chảy vào biển Đông ở cửa Soài Rạp – Gò Công.
Địa hình lưu vực sông Đồng Nai tương đối phức tạp, phần lớn diện
tích lưu vực đều nằm trên cao nguyên Bảo Lộc có độ cao từ 1000 – 1500m.
Trong khi đó lòng sông thường có độ cao thấp hơn rất nhiều (400 m –
1200m), điều này chứng tỏ mức độ cắt xẻ của lòng sông rất mạnh. Một
phần diện tích nằm trong vùng địa hình chuyển tiếp với cao nguyên có độ
cao giảm nhanh tạo thành sườn đón gió Tây Nam gây mưa lớn trong khu
vực này.
. Đặc trưng địa lý thủy văn của sông Đồng Nai tại tuyến công trình
thủy điện Đồng Nai 3 được trình bày như Bảng 1-1:
Bảng 1.1. Đặc trƣng địa lý thủy văn (nguồn TĐĐN )
TT
Đặc trƣng
ĐVT
Trị số
1. Diện tích lưu vực (Có và không có Đại
km2
4374/2441
Ninh)
2. Chiều dài sông chính
km
205
3. Độ rộng trung bình của lưu vực
km
21,2
4. Độ cao trung bình của lưu vực

m
1325
5. Độ dốc trung bình của sông
%
8,8
6. Độ đổ của sông
m
1812
7. Mật độ lưới sông
km/km2
0,32


4

1.1.2. Khí tƣợng
1.1.3. Thủy văn
1.1.4. Nhiệt độ không khí
1.1.5. Độ ẩm
1.1.6. Mƣa
1.1.7. Dòng chảy
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 VÀ
ĐỒNG NAI 4
Công trình thủy điện Đồng Nai 3&4 nằm trên 02 tỉnh Lâm Đồng và
Đăk Nông.
Lưu vực sông Đồng Nai đến vị trí tuyến đập có diện tích 2.541km2
vùng hồ của thuỷ điện Đồng Nai 3, số lượng và mật độ dân cư thấp.
1.2.1 Tổng quan
1.2.1.1 Nhiệm vụ công trình
Công trình có nhiệm vụ chính là phát điện lên lưới Quốc gia với

công suất của nhà máy Đồng Nai 3 là 180MW, Đồng Nai 4 là 340 MW,
sản lượng điện trung bình hàng năm là 1.715 triệu kWh.
Đảm bảo an toàn công trình: Đảm bảo an toàn tuyệt đối công trình
thuỷ điện Đồng Nai 3 không để mực nước hồ vượt cao trình mực nước
dâng gia cường với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 1000
năm;
- Góp phần giảm lũ cho hạ du;
- Góp phần tưới tiêu cho hạ du;
- Đảm bảo hiệu quả phát điện.
1.2.1.2 Đặc điểm công trình
1.2.1.3 Thông số kỹ thuật Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Đồng Nai 3&4
1.2.2 Đặc tính vận hành hồ chứa
1.2.3 Đặc tính vận hành Turbine
1.2.3.1 Đặc tính vận hành turbine Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.2.3.2 Đặc tính vận hành turbine và máy phát NMTĐ Đồng Nai 4


5

1.3. THỊ TRƢỜNG PHÁT ĐIỆN CẠNH TRANH VIỆT NAM HIỆN
NAY
1.3.1 Cơ cấu thị trƣờng điện
1.3.2 Tăng trƣởng công suất, số lƣợng NMĐ tham gia TTĐ
1.3.3 Thống kê, đánh giá ảnh hƣởng của các thông số TTĐ
1.3.3.1 Giá trần TTĐ
1.3.3.1 Giá điện năng thị trường SMP
1.3.3.2 Giá công suất CAN
1.3.3.3 Tỷ lệ cam kết qua hợp đồng (vesting)
1.4. KẾT LUẬN
Chương này giới thiệu tổng quan về lưu vực sông Đồng Nai, giới

thiệu một số công trình nhà máy bậc thang thủy điện trên sông Đồng Nai.
Tổng quan về Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3&4. Giới thiệu về thị trường
phát điện canh tranh hiện nay, các kết quả đạt được.
Vì lý do Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 2 có dung tích nhỏ, lưu vực
của hồ Đồng Nai 3 lớn, lưu lượng về của Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 5
còn phụ thuộc nhiều vào lưu lượng về hạ du của Nhà máy Thủy điện Đăk
R’tik, các nhà máy thủy điện thuộc nhiều chủ sở hữu khác nhau, việc thu
thập các dữ liệu phục vụ cho mục đích nghiên cứu không đầy đủ và chính
xác. Nên tác giả chọn nghiên cứu vận hành tối ưu cho hai nhà máy Đồng
Nai 3 và Đồng Nai 4.


6

Chƣơng 2. LẬP MÔ HÌNH VẬN HÀNH TỐI ƢU BẬC THANG
THỦY ĐIỆN
2.1 MÔ HÌNH THỦY ĐIỆN BẬC THANG
Khi nói đến “bậc thang thủy điện” hay cụm thủy 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 định đến công suất và sản lượng phát của các nguồn
phát thủy điện. Nên cần tính toán để điều tiết lượng nước về của từng hồ
trong toàn cụm các nhà máy thủy điện trên sông.

Qn, Qxn
Hình 2.1. Mô hình thủy điện bậc thang
2.2 MỤC TIÊU XÂY DỰNG BÀI TOÁN
Tính toán phân bổ tối ưu công suất cho các nhà máy để đạt được
doanh thu lớn nhất trong chu kỳ khảo sát.

Bảo đảm thực hiện đúng các quy định về Thị trường điện, quy định
vận hành hồ chứa theo Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông
Đồng Nai.
Bảo đảm các ràng buộc về đặc tính kỹ thuật của tổ máy.


7

2.3 MÔ HÌNH BÀI TOÁN
2.3.1 Ký hiệu sử dụng trong mô hình bài toán
2.3.2 Hàm mục tiêu
T

( λt

f = maximize
t 1

Nn

Pnt ) [đ]

(2.1)

n 1

Trong đó:
 Pnt là công suất phát của nhà máy n trong chu kỳ t (kW, MW);
 Nn là tập thủy điện bậc thang khảo sát;
 λt là giá thị trường toàn phần trong chu kỳ t (đ/kWh, đ/MWh).

 T là tổng số chu kỳ khảo sát.
2.3.3 Thời gian khảo sát
2.3.4 Các giả thiết khi xây dựng bài toán
2.3.5 Các ràng buộc
2.3.5.1 Đặc tính phát của nhà máy
Công thức tính công suất trung bình cho nhà máy thủy điện [1]:
P = 9,81..Qpđ.Htt

(2.2)

Trong đó:
- P: Công suất trung bình của nhà máy (kW, MW);
- : hiệu suất tổ máy;
- Qpđ: lưu lượng nước chảy qua turbine nhà máy (m3/s);
- Htt: cột áp tính toán của nhà máy (m).
Cột áp tính toán của nhà máy:
H = Ztl - Zhl - H

(2.3)

Với: + Ztl là mức nước thượng lưu;
+ Zhl là mức nước hạ lưu;
+ H là tổn thất cột áp, gồm tổn thất cột áp của kênh, ống dẫn
và chênh lệch động năng của dòng chảy ở phía trước và sau nhà máy.


8

Trong quá trình vận hành, mức nước hạ lưu thay đổi không đáng kể
so với mức nước thượng lưu và tổn thất cột áp xem như không đổi nên cột

áp tính toán của nhà máy có thể quy về mức nước thượng lưu.
Trong mỗi nhà máy có các tổ máy đều giống nhau, nên cũng dễ dàng
kết hợp để đưa ra công thức tính công suất cho nhà máy.
Mối quan hệ giữa lượng nước tiêu hao và lượng điện năng được phát
của nhà máy là quan hệ phi tuyến, phụ thuộc vào cột áp gọi là đường cong
hiệu suất.
Để thuận tiện trong quá trình tính toán, ta sẽ tuyến tính hóa từng
đoạn đường cong hiệu suất, chính là đơn giản hóa đường cong hiệu suất,
mà mỗi đường là đại diện cho một khoảng mức nước thượng lưu (từ cột áp
tính toán quy về mức nước thượng lưu).
Đường cong hiệu suất sẽ được tuyến tính thành 3 đoạn như Hình 2-3:

Pnt
P3nt
P2nt

k3n
(3)

k2n
P1nt

(2)

k1n
P0nt

(1)

Q2nt

Q3nt
Qnt

Q1nt

Qmin,n t

Qm ax,nt

Hình 2.2. Tuyến tính hóa đƣờng cong hiệu suất
Trong đoạn lưu lượng qua nhà máy nhỏ nhất, Qmin,nt (ứng với công
suất phát P0nt), đến lưu lượng qua nhà máy lớn nhất, Qmax,nt , được chia làm


9

3 đoạn bằng nhau có độ lớn QA, đoạn (1) có hệ số góc là k1n, đoạn (2) có hệ
số góc là k2n, đoạn (3) có hệ số góc là k3n.
Như vậy, đường cong hiệu suất được tuyến tính hóa có phương trình
như sau:
Pnt  P0nt  k1hQ1nt  k2nQ2nt  k3nQ3nt
(2.4)
Trong đó:
Qnt  Qmin,n t  Q1nt  Q2 nt  Q3nt

(2.5)

Q1nt, Q2nt và Q3nt lần lượt là lượng nước tiêu thụ ứng với đoạn (1), (2)
và (3) của nhà máy n tại chu kỳ t.

Với miền giới hạn:
0  Q1nt  QA
(2.6)
0  Q2nt  QA

(2.7)

0  Q3nt  QA

(2.8)
Hệ số góc của các đoạn (1), (2) và (3) lần lượt được tính theo các
công thức sau:
k1n 

P1nt  P 0nt
QA

(2.9)

k2 n 

P 2nt  P1nt
QA

(2.10)

k3 h 

P3nt  P 2nt
QA

(2.11)


10

ki,n Hệ số quan hệ giữa công suất và lưu lượng chạy máy (nghịch đảo của
suất tiêu hao nước) ứng với từng đoạn i của nhà máy n (MWh/m3).
2.3.5.2 Phương trình cân bằng nước của hồ chứa
2.3.5.3 Giới hạn dung tích hồ chứa
2.3.5.4 Giới hạn lượng nước qua nhà máy
2.3.5.5 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du theo Quy trình liên hồ
2.3.5.6 Giới hạn công suất phát của nhà máy
2.3.5.7 Giới hạn mức nước tối thiểu/tối đa từng tháng theo Quy trình
liên hồ
2.4 LỰA CHỌN THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA
Chƣơng 3. GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƢU CÔNG SUẤT CHO
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3, 4
Chương này trình bày về việc thành lập bài toán phân bố tối ưu công
suất cho cụm nhà máy bậc thang thủy điện trên sông Đồng Nai trong thị
trường điện, giới thiệu phương pháp quy hoạch tuyến tính và các thuật toán
chính được sử dụng để giải bài toán quy hoạch tuyến tính.
Như đã trình bày trong chương 1, đề tài chỉ khảo sát tính toán vận
hành tối ưu cho bậc thang thủy điện Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4.
3.1 THÀNH LẬP BÀI TOÁN KẾ HOẠCH NĂM
Trong mục này sẽ thiết lập bài toán vận hành tối ưu cho cụm 2 nhà
máy (Nn = 2), thời gian khảo sát 01 năm, chu kỳ khảo sát là t = 1 tháng,
như vậy số chu kỳ khảo sát T = 12.
Hàm mục tiêu là cực đại tổng doanh thu của 02 nhà máy thủy điện
vào cuối thời gian khảo sát với giá điện dự báo của thị trường trong từng

chu kỳ (từng tháng), λt xem như đã biết trước:
T

( λt

f = maximize
t 1

Nn

Pnt )

(3.1)

n 1

Thỏa mãn các điều kiện ràng buộc:
Pnt  P0nt  k1nQ1nt  k2nQ2nt  k3nQ3nt (24 phương trình)
Qnt  Qmin,n  Q1nt  Q2 nt  Q3nt

(24 phương trình)


11

Vnt

Vn,t

1

Qnt

Qv,nt

Qk,nt

(24 phương trình)

0  Q1nt  Qmax,nt

(48 bất phương trình)

0  Q2nt  Qmax,nt

(48 bất phương trình)

0  Q3nt  Qmax,nt

(48 bất phương trình)

Vmin,nt

Vnt

Vmax,nt

(48 bất phương trình)

Qmin,n

Qnt

Qmax,n

(48 bất phương trình)

Pmin,n  Pnt  Pmax,n

(48 bất phương trình)

Như vậy bài toán trên có 144 biến trạng thái: 24 biến Pt, 24 biến Vt,
24 biến Qt, 24 biến Q1t, 24 biến Q2t, 24 biến Q3t (mỗi biến cho một nhà
máy, t = 1 :12); 72 phương trình và 288 bất phương trình ràng buộc. Trong
luận văn, bài toán này sẽ được giải bằng phương pháp quy hoạch tuyến
tính.
3.2 THÀNH LẬP BÀI TOÁN KẾ HOẠCH TUẦN
Trong mục này sẽ thiết lập bài toán vận hành tối ưu cho cụm 2 nhà
máy (Nn = 2), thời gian khảo sát 01 tuần, chu kỳ khảo sát là t = 01 ngày,
như vậy số chu kỳ khảo sát T = 7.
Hàm mục tiêu là cực đại tổng doanh thu của 02 nhà máy thủy điện
vào cuối thời gian khảo sát với giá điện dự báo của thị trường trong từng
chu kỳ (từng ngày) λt xem như đã biết trước:
T

( λt

f = maximize
t 1

Nn

Pnt )

(3.2)

n 1

Thỏa mãn các điều kiện ràng buộc:
Pnt  P0nt  k1nQ1nt  k2nQ2nt  k3nQ3nt (14 phương trình)
Qnt  Qmin,n  Q1nt  Q2 nt  Q3nt

(14 phương trình)

Vnt

(14 phương trình)

Vn,t

1

Qnt

Qv,nt

Qk,nt

0  Q1nt  Qmax

(28 bất phương trình)

0  Q2nt  Qmax

(28 bất phương trình)


12

0  Q3nt  Qmax

(28 bất phương trình)

Vmin,n,t

Vnt

Vmax,n,t

(28 bất phương trình)

Qmin,n

Qnt

Qmax,n

(28 bất phương trình)

Pmin,n  Pnt  Pmax,n

(28 bất phương trình)

Như vậy bài toán trên có 84 biến trạng thái: 14 biến P, 14 biến V, 14
biến Qt, 14 biến Q1t, 14 biến Q2t, 14 biến Q3t (mỗi biến cho một nhà máy,
t=1:7); 42 phương trình và 168 bất phương trình ràng buộc.
3.3 THÀNH LẬP BÀI TOÁN KẾ HOẠCH NGÀY
Trong mục này sẽ thiết lập bài toán vận hành tối ưu cho cụm 2 nhà
máy (Nn = 2), thời gian khảo sát 01 ngày, chu kỳ khảo sát là t = 01 giờ, như
vậy số chu kỳ khảo sát T = 24.
Hàm mục tiêu là cực đại tổng doanh thu của 02 nhà máy thủy điện
vào cuối thời gian khảo sát với giá điện dự báo của thị trường trong từng
chu kỳ (từng giờ) λt xem như đã biết trước:
T

( λt

f = maximize
t 1

Nn

Pnt ) [đ]

(3.3)

n 1

Thỏa mãn các điều kiện ràng buộc:
Pnt  P0nt  k1nQ1nt  k2nQ2nt  k3nQ3nt (48 phương trình)

Qnt  Qmin,n  Q1nt  Q2 nt  Q3nt

(48 phương trình)

Vnt

(48 phương trình)

Vn,t

1

Qnt

Qv,nt

Qk,nt

0  Q1nt  Qmax

(96 bất phương trình)

0  Q2nt  Qmax

(96 bất phương trình)

0  Q3nt  Qmax

(96 bất phương trình)

Vmin,n

Vnt

Vmax,n

(96 bất phương trình)

Qmin,n

Qnt

Qmax,n

(96 bất phương trình)

Pmin,n  Pnt  Pmax,n

(96 bất phương trình)

Như vậy bài toán trên có 288 biến trạng thái: 48 biến P, 48 biến V,
48 biến Qt, 48 biến Q1t, 48 biến Q2t, 48 biến Q3t (mỗi biến cho một nhà
máy, t=1:24); 144 phương trình và 576 bất phương trình ràng buộc.


13

3.4 PHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH
3.4.1 Phƣơng pháp đơn hình
3.4.2 Phƣơng pháp điểm trong

3.4.2.1 Xác định hướng giảm
3.4.2.2 Thành phần hướng tâm
3.4.2.3 Phương pháp căn chỉnh affine


14

Chƣơng 4. CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN
Chương này trình bày chi tiết các bước lập chương trình tính toán
cho bài toán phân bố tối ưu công suất cho cụm nhà máy bậc thang thủy
điện trên sông Đồng Nai mà cụ thể là nhà máy Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4
trong thị trường điện, bao gồm: Thu thập dữ liệu và lập cơ sở dữ liệu, viết
chương trình tính toán, sử dụng phần mềm MATLAB, chạy chương trình
và kiểm tra kết quả, phân tích đánh giá kết quả chương trình tính toán.
4.1 LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH NĂM
4.1.1 Dữ liệu đầu vào
- Đặc tính hồ chứa, mức nước hiện tại, mức nước mục tiêu vào cuối
năm;
- Lưu lượng nước tự nhiên dự báo về các hồ chứa trong các tháng;
- Các giới hạn công suất phát, giới hạn lưu lượng nước chạy máy;
- Giới hạn mức nước cuối từng tháng theo Quy trình liên hồ;
- Lưu lượng về hạ du tối thiểu theo Quy trình liên hồ;
- Giá điện thanh toán dự báo của thị trường điện cho từng tháng
trong thời gian khảo sát coi như đã biết trước.
4.1.1.1 Đặc tính thể tích hồ chứa
4.1.1.2 Thông số ban đầu của hồ chứa
4.1.1.3 Lưu lượng nước tự nhiên về các hồ chứa
4.1.1.4 Thông số lưu lượng nhỏ nhất/lớn nhất qua nhà máy
4.1.1.5 Thông số về đặc tính phát của các nhà máy
4.1.1.6 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du

4.1.1.7 Giới hạn mức nước tối thiểu và mức nước tối đa tháng.
4.1.1.8 Giá điện thanh toán dự báo của thị trường
4.1.2 Dữ liệu đầu ra
- Công suất phát từng tháng của từng nhà máy của cụm bậc thang
thủy điện trong thời gian khảo sát 12 tháng;
- Diễn biến mức nước và dung tích của các hồ chứa trong thời gian
khảo sát 12 tháng;
- Doanh thu của từng nhà máy trong thời gian khảo sát 12 tháng.


15

4.2 LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH TUẦN
4.2.1 Dữ liệu đầu vào
- Đặc tính hồ chứa, mức nước hiện tại, mức nước mục tiêu vào cuối
tuần được tính toán trong kế hoạch dài hạn;
- Lưu lượng nước tự nhiên dự báo về các hồ chứa các ngày trong
tuần;
- Các giới hạn công suất phát, giới hạn lưu lượng nước chạy máy;
- Giới hạn mức nước cuối tuần theo quy định của A0;
- Lưu lượng về hạ du tối thiểu theo Quy trình liên hồ;
- Giá điện thanh toán dự báo của thị trường điện cho từng ngày trong
thời gian khảo sát coi như đã biết trước.
4.2.1.1 Đặc tính thể tích hồ chứa
4.2.1.2 Thông số ban đầu của hồ chứa
4.2.1.3 Lưu lượng nước tự nhiên về các hồ chứa
4.2.1.4 Thông số lưu lượng nhỏ nhất/ lớn nhất qua nhà máy
4.2.1.5 Thông số về đặc tính phát của các nhà máy
4.2.1.6 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du
4.2.1.7 Giá điện thanh toán dự báo của thị trường

4.2.2 Dữ liệu đầu ra
- Công suất phát từng ngày của từng nhà máy của cụm bậc thang
thủy điện trong thời gian khảo sát 07 ngày;
- Diễn biến mức nước và dung tích của các hồ chứa trong thời gian
khảo sát 07 ngày;
- Doanh thu của từng nhà máy trong thời gian khảo sát 07 ngày;
4.3 LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH NGÀY
4.3.1 Dữ liệu đầu vào
- Các thông số về hồ chứa đã biết trước: đặc tính hồ chứa, mức nước
hiện hành, mức nước mục tiêu vào cuối thời gian khảo sát;
- Lưu lượng nước tự nhiên về các hồ chứa trong thời gian khảo sát
đã được dự báo;
- Các số liệu về đặc tính phát của các nhà máy đã biết trước: các giới
hạn công suất phát, giới hạn lưu lượng nước chạy máy;


16

- Giá điện thanh toán dự báo của thị trường điện cho từng giờ trong
thời gian khảo sát coi như đã biết trước.
4.3.1.1 Đặc tính thể tích hồ chứa
4.3.1.2 Thông số ban đầu của hồ chứa
4.3.1.3 Lưu lượng nước tự nhiên về các hồ chứa
4.3.1.4 Thông số lưu lượng nhỏ nhất/ lớn nhất qua nhà máy
4.3.1.5 Thông số về đặc tính phát của các nhà máy
4.3.1.6 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du
4.3.1.7 Giá điện thanh toán dự báo của thị trường
4.3.2 Dữ liệu đầu ra
- Công suất phát từng giờ của từng nhà máy của cụm bậc thang thủy
điện trong thời gian khảo sát 24 giờ;

- Diễn biến mức nước và dung tích của các hồ chứa trong thời gian
khảo sát 24 giờ;
- Doanh thu của từng nhà máy trong thời gian khảo sát 24 giờ;
4.4 CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN
Lưu đồ thuật toán của chương trình tính toán xem Hình 4-2.


17

Hình 4.1. Lƣu đồ thuật toán
Các bước thực hiện của lưu đồ thuật toán:
Bước 1: Nhập dữ liệu.
Đọc dữ liệu đầu vào đã được nhập sẵn ở file excel.
Bước 2: Tính toán chọn đặc tính phát.
Căn cứ mức nước ban đầu của các hồ chứa từ dữ liệu đầu vào, tính
toán chọn đặc tính phát cho từng nhà máy.
Bước 3: Tính toán thành lập các vectơ và ma trận.
- Thành lập vectơ c: vectơ các hệ số của hàm mục tiêu;
- Thành lập ma trận A: ma trận của ràng buộc bất đẳng thức;
- Thành lập vectơ b: vectơ vế phải của ràng buộc bất đẳng thức;
- Thành lập ma trận Aeq: ma trận của ràng buộc đẳng thức;
- Thành lập vectơ beq: vectơ vế phải của ràng buộc đẳng thức;
- Thành lập vectơ lb: vectơ giới hạn dưới biến trạng thái;
- Thành lập vectơ ub: vectơ giới hạn trên biến trạng thái;


18

Bước 4: Giải bài toán bằng phương pháp Quy hoạch tuyến tính.
Sử dụng hàm linprog trong gói công cụ Optimization toolbox của

MATLAB để giải bài toán.
Bước 5: In và lưu trữ kết quả tính toán.
4.5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Các kết quả tính toán bao gồm: Phân bố tối ưu công suất cho các nhà
máy; Diễn biến mức nước và dung tích của các hồ chứa; Doanh thu của
từng nhà máy trong thời gian khảo sát.
4.5.1 Kế hoạch năm
4.5.1.1 Kết quả phân bố tối ưu công suất năm cho các nhà máy được
trình bày như Hình 4-3.

Hình 4.2. Phân bố tối ƣu công suất tháng
4.5.1.2 Diễn biến mức nước các hồ chứa
Kết quả diễn biến mức nước hồ chứa của các nhà máy được trình bày
như Hình 4-4.


19

Hình 4.3. Diễn biến mức nƣớc hồ các tháng
4.5.1.3 Diễn biến dung tích hồ theo thời gian
4.5.1.4 Doanh thu của từng nhà máy
4.5.2 Kế hoạch tuần
4.5.2.1 Kết quả phân bố tối ưu công suất từng ngày cho các nhà máy
được trình bày ở Hình 4-5.

Hình 4.4. Phân bố tối ƣu công suất tuần


20

4.5.2.2 Diễn biến mức nước các hồ chứa theo từng ngày
Kết quả diễn biến mức nước hồ chứa của các nhà máy được trình bày
ở Hình 4-6.

Hình 4.5. Diễn biến mức nƣớc hồ các ngày trong tuần
4.5.2.3 Diễn biến dung tích hồ theo từng ngày
4.5.2.4 Doanh thu từng ngày của các nhà máy
4.5.3 Kế hoạch ngày
4.5.3.1 Kết quả phân bố tối ưu công suất từng giờ cho các nhà máy
được trình bày ở Hình 4-8.

Hình 4.6. Phân bố tối ƣu công suất từng giờ


21

4.5.3.2 Diễn biến mức nước các hồ chứa theo từng giờ
Kết quả diễn biến mức nước hồ chứa của các nhà máy được trình bày
ở Bảng 4-34, Hình 4-9 và Hình 4-10.

Hình 4.7. Diễn biến mức nƣớc hồ các giờ trong ngày hồ Đồng Nai 3

Hình 4.8. Diễn biến mức nƣớc hồ các giờ trong ngày hồ Đồng Nai 4


22

4.5.3.3 Diễn biến dung tích hồ theo từng giờ
4.5.3.4 Doanh thu từng giờ của các nhà máy
4.6 KẾT LUẬN

Chương này trình bày chi tiết các bước thu thập dữ liệu đầu vào cho
chương trình tính toán vận hành tối ưu ngày, tuần, năm của nhà máy thủy
điện Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4. Từ đó viết chương trình tính toán bằng
phần mềm Matlab để chạy chương trình và kiểm tra số liệu kết quả.
Các kết quả đối với kế hoạch vận hành tối ưu ngày, tuần, năm đã đưa
ra được công suất tối ưu cho từng nhà máy trên bậc thang thủy điện với
doanh thu trong thị trường điện là lớn nhất. Tối ưu lượng nước trong các
hồ tránh trường hợp xả tràn, đồng thời bảo đảm được các ràng buộc yêu
cầu như giới hạn mức nước hồ, lưu lượng tối thiểu cấp nước cho hạ du…


23

KẾT LUẬN
* Các nội dung chính đã thực hiện trong đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về lưu vực sông Đồng Nai và các nhà máy
thủy điện trên lưu vực.
- Nghiên cứu một số vấn đề về vận hành Thị trường điện các năm
vừa qua.
- Nghiên cứu thủy điện bậc thang và lập mô hình vận hành tối ưu
các nhà máy thủy điện bậc thang với các ràng buộc.
- Thành lập bài toán vận hành tối ưu cụ thể với thời gian khảo sát là
ngày, tuần, năm cho các Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4,
dựa trên mục tiêu cực đại doanh thu trong Thị trường điện với các ràng
buộc bảo đảm đặc tính kỹ thuật nhà máy, đặc tính vận hành hồ chứa, lưu
lượng tối thiểu và mức nước tối thiểu/tối đa theo Quy trình vận hành liên
hồ chứa trên lưu vực sông Đồng Nai.
- Giới thiệu phương pháp quy hoạch tuyến tính để giải bài toán vận
hành tối ưu.
- Sử dụng phần mềm MATLAB xây dựng chương trình tính toán

cho bài toán phân bố tối ưu công suất cho cụm nhà máy bậc thang thủy
điện trên sông Đồng Nai trong thị trường điện, cụ thể là Nhà máy Thủy
điện Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4.
- Kết quả chương trình tính toán thỏa mãn các điều kiện ràng buộc
của bài toán vận hành tối ưu các nhà máy Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4, có
tính ứng dụng thực tiễn trong việc lập kế hoạch ngắn hạn và dài hạn phục
vụ cho công tác chào giá hàng ngày trên thị trường điện.
*. Hƣớng nghiên cứu phát triển đề tài
Với mục tiêu đề ra khi thành lập bài toán của đề tài là tối đa doanh
thu của các nhà máy trong thời gian khảo sát nên để áp dụng nghiên cứu
này vào hoạt động kinh doanh của các Công ty trong giai đoạn hiện nay
khi tham gia thị trường điện thì cần nghiên cứu, phát triển thêm về :
- Vấn đề dự báo giá thị trường trong thị trường phát điện cạnh tranh.