Tối ưu hóa chế độ vận hành các nhà máy thủy điện trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Ngô Văn Dũng

TỐI ƯU HÓA
CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Ngô Văn Dũng

TỐI ƯU HÓA
CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng Công trình thủy
Mã số: 62 58 02 02

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Vũ Hữu Hải
2. TS.NCVCC. Ngô Tuấn Kiệt

Hà Nội - 2018


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
và kết quả trong Luận án là trung thực và chưa có ai công bố trong bất kỳ
công trình nào.
Hà Nội, ngày 25 tháng 8 năm 2018

TM. Tập thể hướng dẫn khoa học

Tác giả luận án

PGS. TS. VŨ HỮU HẢI

NGÔ VĂN DŨNG


ii

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ với đề tài: “Tối ưu hóa vận hành các nhà máy thủy điện
trong Hệ thống điện Việt Nam” đã được hoàn thành trong thời gian từ tháng 9
năm 2012 đến tháng 5 năm 2018 tại trường Đại học Xây dựng & Viện Khoa học
năng lượng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Xây dựng, khoa
đào tạo Sau đại học, khoa Xây dựng Công trình thủy và bộ môn Xây dựng Thủy lợi
Thủy điện. Đặc biệt là tập thể giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Hữu Hải,
TS. NCVCC Ngô Tuấn Kiệt và các Thầy giáo, Cô giáo khoa Công trình thủy, bộ
môn Thủy lợi Thủy điện…, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
thực hiện Luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Viện Khoa học năng lượng, các
cán bộ trong Viện đã tạo mọi điều kiện trao đổi và giúp đỡ về tài liệu, học thuật
trong quá trình thực hiện Luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo trường Đại học Bách khoa - Đại
học Đà Nẵng, các đồng nghiệp trong khoa Xây dựng Thủy lợi Thủy điện, đã tạo
điều kiện thời gian, giúp đỡ, động viên để tôi có thể hoàn thành được luận án.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình và người
thân đã khuyến khích, động viên và là chỗ dựa tinh thần cho tác giả trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thành Luận án.
Hà Nội, ngày 25 tháng 8 năm 2018
Tác giả luận án

Ngô Văn Dũng


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................... 1
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 3
5. Đóng góp mới về khoa học và thực tiễn của Luận án ................................................... 4
6. Kết cấu của Luận án ......................................................................................................... 4
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ............................................................... 6
1.1. Vai trò của các nhà máy thủy điện trong sản xuất điện năng ............................ 6
1.1.1. Vai trò của thủy điện trong sản xuất điện năng trên thế giới ....................6
1.1.2. Vai trò của thủy điện trong sản xuất điện năng ở Việt Nam .....................7
1.2. Hiện trạng vận hành nhà máy thủy điện lợi dụng tổng hợp nguồn nước .. 10
1.2.1. Khái niệm chung .....................................................................................10
1.2.2. Hiện trạng vận hành các nhà máy thủy điện ở Việt Nam .......................11
1.2.3. Thành tựu nghiên cứu tối ưu vận hành nhà máy thủy điện .....................13
1.3. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu chế độ vận hành các nhà máy thủy
điện trong hệ thống điện .......................................................................................... 14
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu tối ưu vận hành hệ thống điện và các nhà máy
thuỷ điện trong hệ thống điện............................................................................14
1.3.2. Tổng quan chung về mô hình tối ưu .......................................................15
1.3.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình tối ưu trên thế giới ....................16


iv

1.3.4. Các kết quả nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam .......................................19
1.3.5. Một số nhận xét về thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực tối ưu vận hành
nhà máy thủy điện trong hệ thống điện .............................................................21
1.4. Luận cứ về nội dung nghiên cứu của luận án ...................................................... 22
1.4.1. Đặc điểm của các nguồn điện có ảnh hưởng đến tối ưu vận hành HTĐ.22

1.4.2. Ảnh hưởng của khả năng truyền tải chính giữa các vùng đến tối ưu phát
triển và vận hành hệ thống điện ........................................................................25
1.5. Kết luận chương 1 .................................................................................................... 26
Chương 2 NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ........................................................... 27
2.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................... 27
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình toán mô phỏng hệ thống điện Việt Nam ... 28
2.3 Bài toán tối ưu vận hành các nhà máy thủy điện trong HTĐ Việt Nam........ 31
2.3.1. Hàm mục tiêu ..........................................................................................33
2.3.2. Các ràng buộc của bài toán .....................................................................35
2.4. Phương pháp giải bài toán tối ưu vận hành các nhà máy thủy điện trong hệ
thống điện Việt Nam................................................................................................. 40
2.4.1. Lựa chọn phương pháp giải.....................................................................40
2.4.2. Phủ đồ thị phụ tải của các nút HTĐ bằng thủy điện ...............................42
2.4.3. Trình tự giải bài toán xác định chế độ vận hành tối ưu các nhà máy thủy
điện trong hệ thống điện ....................................................................................48
2.5. Phân tích kết quả ....................................................................................................... 56
2.6. Kết luận chương 2 .................................................................................................... 56
Chương 3 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU
CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ....... 58
3.1. Mục tiêu và yêu cầu xây dựng chương trình tính toán chế độ vận hành tối ưu
các nhà máy thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam ...................................... 58
3.2. Chương trình tính toán chế độ vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện trong
hệ thống điện .............................................................................................................. 58


v

3.2.1. Xây dựng sơ đồ trình tự giải và mô tả chương trình ..............................58
3.2.2. Xây dựng các khối tính toán trong chương trình ....................................61

3.3. Giao diện tính toán của chương trình ................................................................... 66
3.4. Kiểm định chương trình tính toán ......................................................................... 68
3.4.1. Mô hình hóa HTĐ Việt Nam theo vùng miền (3 nút) .............................68
3.4.2. Kết quả tính toán ....................................................................................69
3.4.3. So sánh kết quả tính toán ........................................................................74
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................................... 76
Chương 4 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ..................................... 78
4.1. Tính toán chế độ vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện trong hệ thống điện
Việt Nam ..................................................................................................................... 78
4.1.1. Lựa chọn số nút tính toán trong nghiên cứu tối ưu vận hành hệ thống điện78
4.1.2. Kết quả tính toán tối ưu vận hành HTĐ theo mô hình 5 nút...................82
4.1.3. Kết quả tính toán vận hành hệ thống điện theo mô hình 8 nút ...............88
4.2 Tính toán chế độ vận hành các nhà máy thủy điện khu vực miền Trung - Tây
Nguyên......................................................................................................................... 93
4.2.1 Nghiên cứu vận hành tối ưu HTĐ miền Trung - Tây Nguyên. ................93
4.2.2. Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu đầu vào.........................................................95
4.2.3. Kết quả tính toán vận hành tối ưu HTĐ khu vực miền Trung - Tây nguyên ...95
4.3. Nhận xét đánh giá về chương trình tính toán tối ưu chế độ vận hành các nhà
máy thủy điện trong hệ thống điện ...................................................................... 103
4.3.1. Ưu nhược điểm của chương trình .........................................................103
4.3.2. Một số vấn đề cần nghiên cứu phát triển tiếp theo ..............................104
4.4. Kết luận chương 4 ................................................................................................... 104
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................ 105
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI A
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ B


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Cơ cấu phát triển điện thế giới của IEA [1]

(Tỷ kWh/năm).................................7

Bảng 1.2: Kế hoạch xây dựng TĐ và TĐ tích năng theo QHĐ 7 (MW); [31] ..........................9
Bảng 3.1a: Điện năng các trạm phát điện trong HTĐ tháng 1 (2017-2030).............................72
Bảng 3.1b: Điện năng các trạm phát điện trong HTĐ tháng 4 (2017-2030) ............................73
Bảng 3.1c: Điện năng các trạm phát điện trong HTĐ tháng 8 (2017-2030).............................73
Bảng 3.1d: Điện năng các trạm phát điện trong HTĐ tháng 11 (2017-2030) ..........................73
Bảng 3.2: Điện năng trung bình năm các nhà máy thủy điện theo QHĐ7 ...............................74
Bảng 3.3: So sánh kết quả tính toán của LA với QĐ số 4711-BCT & QHĐ7 ........................75
Bảng 4.1: Mô tả các nút theo mô hình quản lý tổng công ty Điện lực .....................................82
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả phủ biểu đồ phụ tải HTĐ Việt Nam (MW) - KQ01 ...................84
Bảng 4.3a: Công suất phát các NM thủy điện vùng 01- trích dẫn 11/51 nhà máy ...................84
Bảng 4.3b: Công suất phát các NM thủy điện vùng 02- trích dẫn 11/42 nhà máy ...................85
Bảng 4.3c: Công suất phát các NM thủy điện vùng 03- trích dẫn 09/15 nhà máy ...................86
Bảng 4.4: Tổng chi phí tính toán và phát thải CO2 ...................................................................87
Bảng 4.5: Cung cầu điện năng ngày của các nguồn (MWh) .....................................................87
Bảng 4.6: Mô tả các nút theo mô hình các lưu vực sông chính Việt Nam (8 nút) ...................89
Bảng 4.7: Tổng hợp kết quả phủ biểu đồ phụ tải HTĐ Việt Nam 8 nút - ( MW ) .................90
Bảng 4.8: Kết quả tổng hợp tỉ lệ % nguồn điện tham gia các khu vực miền Trung - Tây
Nguyên từ 2017 đến 2030 ..........................................................................................................97
Bảng 4.9: Bảng tổng hợp điện năng, chi phí sản xuất, vận hành, phát thải CO2 của HTĐ khu
vực miền Trung - Tây Nguyên ..................................................................................................97


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bản đồ trữ năng kỹ thuật các dòng sông chính ở Việt Nam .......................................8
Hình 1.2: Cơ cấu nguồn điện và sản lượng điện Việt Nam 2015 &2016 ...................................9
Hình 1.3: Tổng hợp nguồn thủy điện bổ sung vào HTĐ Việt Nam 2016 -2030 ......................10
Hình 2.1: Đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình ............................................................................29
Hình 2.2: Đồ thị phụ tải ngày đêm đỉển hình triển khai ............................................................29
Hình 2.3: Phủ đỉnh biểu đồ phụ tải bằng phương pháp truyền thống .......................................45
Hình 2.4 : Sơ đồ logic phủ đồ thị phụ tải tích phân bằng thủy điện .........................................48
Hình 2.5: Kết quả phủ biểu đồ phụ tải HTĐ Việt Nam 1-2017, TSTĐ 50%, PT thấp.............55
Hình 2.6: Kết quả biểu đồ cơ cấu các nguồn tham gia HTĐ 1-2017, TSTĐ 50%, PT thấp ....56
Hình 3.1: Các bước giải bài toán vận hành tối ưu. ....................................................................59
Hình 3.2: Cấu trúc menu hệ thống chương trình .......................................................................67
Hình 3.3a: Giao diện chính ........................................................................................................67
Hình 3.3b: Giao diện chính và cơ sở dữ liệu chương trình phần mềm .....................................68
Hình 3.4: Mô hình hóa HTĐ Việt Nam theo ba nút ..................................................................69
Hình 3.5a: Phủ đỉnh biểu đồ phụ tải miền Bắc bằng thủy điện trung bình và nhỏ ...................70
Hình 3.5b: Phủ đỉnh biểu đồ phụ tải miền Trung bằng thủy điện trung bình và nhỏ ...............70
Hình 3.5c: Phủ đỉnh biểu đồ phụ tải miền Nam bằng thủy điện trung bình và nhỏ .................70
Hình 3.6a : Kết quả phủ biểu đồ phụ tải miền Bắc 1-2017 .......................................................71
Hình 3.6b: Kết quả phủ biểu đồ phụ tải miền Trung 1-2017 ....................................................71
Hình 3.6c: Kết quả phủ biểu đồ phụ tải miền Nam 1-2017 ......................................................71
Hình 3.7: Kết quả phủ biểu đồ phụ tải HTĐ Việt Nam 1-2017 ................................................72
Hình 3.8: Kết quả biểu đồ cơ cấu các nguồn tham gia HTĐ ....................................................72
Hình 4.1 : Mô tả các nút theo mô hình quản lý Tổng Công ty Điện lực. .................................80
Hình 4.2 : Phân vùng nút phụ tải theo các lưu vực sông của Việt Nam ...................................81
Hình 4.3: Cơ sở dữ liệu chương trình .......................................................................................82
Hình 4.4: Kết quả chi tiết thủy điện Hòa Bình tham gia hệ thống - PA 8 vùng .......................92
Hình 4.5a: Nhu cầu phụ tải 2010 - 2017 của miền Trung - Tây Nguyên .................................93
Hình 4.5b: Nhu cầu phụ tải 2015-2030 khu vực miền Trung - Tây Nguyên ............................94
Hình 4.6: Phân vùng phụ tải khu vực miền Trung - Tây Nguyên - 03 nút. .............................94

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ASEAN

Association of Southeast Asian Nations - Hiệp hội các
Quốc gia Đông Nam Á

ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

ĐBSMK

Đồng bằng sông Mê kông

BTTƯ

Bài toán tối ưu

DO

Diesel Oil - Dầu Diesel

EFOM-ENV

Energy Flow and Optimization Model - Environment

EU

European Union - Liên minh Châu Âu

ETB

Energy Toolbox

EVN

Viet Nam Electricity - Tập đoàn điện lực Việt Nam

FO

Fuel Oil - Dầu nhiên liệu

GDP

Gross Domestic Product - Tổng sản phẩm quốc nội

GT

Gas Turbine
Greater Mekong Subregion - Hiệp hội các nước tiểu vùng sông

GMS
HTĐ

Mekong

Hệ thống
điệnvùng sông Mê kông
Các
nước tiểu

HTNL

Hệ thống năng lượng

IE

Institute of Energy - Viện năng lượng

IRR

Internal Rate of Return - Suất thu lợi nội tại

KH&CN

Khoa học và công nghệ

KNK

Khí nhà kính

KTQD

Kinh tế quốc dân

KTXH

Kinh tế xã hội

LEAP

Long - ramhge Energy Alternatives Planning system

MAED

Model for Analysis of the Energy Demand

MARKAL

Market Allocation

MESSAGE

Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their
General Environmental Impacts


ix

MAED

Model for Analysis of the Energy Demand

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

MoIT

Ministry of Industry and Trade - Bộ Công thương

MoST

Ministry of Science and Technology - Bộ khoa học và Công nghệ

NĐD

Nhiệt điện dầu

NĐT

Nhiệt điện than

NĐK

Nhiệt điện khí

NLTT

Năng lượng tái tạo

NPV

Net Present Value - Giá trị hiện tại thuần

NC; NCS

Nghiên cứu; Nghiên cứu sinh

O&M

Chi phí vận hành và bão dưỡng

OCT

Oil Combustion Turbines

PVN

Tập đoàn Dầu khí Việt Nam

TĐN

Thủy điện nhỏ

PDP

Power Development Planning - Quy hoạch điện

PDPAT

Power Development Planning Assistant Tool

PP

Phương pháp

QHĐ7

Qui hoạch điện VII

VHTƯ
QHĐ

Vận hành tối ưu

VP

Tổng công ty điện lực - Vinacomin

WASP

Wien Automatic System Planning Package


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năm 2014 thủy điện đạt sản lượng
3.894 tỷ kWh/năm, chiếm 16,35% tổng điện năng sản xuất trên toàn thế giới. Dự
báo đến năm 2025 và năm 2040 điện năng sản xuất từ thủy điện sẽ đạt từ 4887 đến
4994 tỷ kWh/năm (16,54 - 18%) và 6.230 đến 6.890 TWh/năm (15,96 - 20,21%)
[63]. Những nước phát triển nhiều thủy điện là Na Uy (100% điện năng được sản
xuất từ thủy điện), tiếp theo là Icela (83%), Áo (67%)… Canada đang là nước có
sản lượng thủy điện lớn nhất thế giới (gần 400 tỷ kWh/năm, đáp ứng hơn 70% tổng
nhu cầu điện năng).
Tổng tiềm năng kinh tế kỹ thuật của thủy điện Việt Nam được đánh giá

khoảng 100 tỷ kWh/năm tương ứng với công suất khoảng 26.000MW. Theo Bộ
Công Thương, tính đến cuối năm 2012 cả nước có 1.237 dự án thủy điện với tổng
công suất là 25.968,9 MW đã được quy hoạch [42]. Để đáp ứng nhu cầu điện của
đất nước, đến năm 2017, có 473 dự án được đưa vào khai thác vận hành, với tổng
công suất là 21.229,3 MW, chiếm gần 82% tổng công suất tiềm năng kỹ thuật của
thủy điện. Việt Nam hiện đang nghiên cứu mở rộng các nhà máy thủy điện có khả
năng điều tiết nước như Thác Mơ, Đa Nhim, Ialy, Hòa Bình, Trị An, xây dựng các
NMTĐ tích năng và rà soát phát triển các dự án thủy điện vừa và nhỏ.
Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 03 năm 2016 giai đoạn 2015 2030 mặc dù tổng công suất đặt của thủy điện sẽ tiếp tục gia tăng, song tỷ trọng
công suất thủy điện của Việt Nam sẽ giảm từ 38% năm 2015 xuống 30,1% vào năm
2020, 21,1% năm 2025 và đạt 16,9% vào năm 2030 (tương tự với tỷ lệ trung bình
của thủy điện trên thế giới) [31].
Kinh nghiệm và thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực phát triển và khai thác
vận hành thủy điện trên thế giới cho thấy, ngoài những ưu điểm lớn như không tiêu
thụ nhiên liệu, giá thành rẻ và linh hoạt trong vận hành…, thủy điện cũng đã bộc lộ
một số nhược điểm cần khắc phục như ngập lụt hồ chứa, tác động tiêu cực đến môi
trường [ 42, 43, 38, 66 ]. Vấn đề khai thác, vận hành hợp lý các nhà máy thủy điện
hiện nay đang rất cấp thiết và đang được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm


2

nghiên cứu nhằm mục tiêu phát triển bền vững, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và
tăng cường an ninh năng lượng. Đối với Việt Nam, trong điều kiện tỷ trọng phát
triển nhiệt điện than ngày càng gia tăng, ngoài bài toán phát triển hợp lý các dự án
thủy điện, vấn đề nghiên cứu xây dựng cơ sở phương pháp luận cũng như chương
trình tính toán tối ưu chế độ vận hành các nhà máy thủy điện trong HTĐ Việt Nam,
nhằm huy động hợp lý khả năng phát công suất phủ đỉnh của nhà máy thủy điện là
vấn đề cần thiết và cấp bách hiện nay.
Để giải quyết vấn đề đặt ra, cần nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực tiễn để

xây dựng mô hình toán học cho phép mô phỏng HTĐ Việt Nam với đầy đủ đặc tính
riêng của mỗi dạng nguồn điện (vị trí, quy mô, chi phí sản xuất điện năng theo chế
độ huy động…) với đường dây truyền tải giữa nguồn phát và trung tâm phụ tải của
HTĐ nhiều nút. Ngoài ra, cần xây dựng bộ chương trình tự động tính toán xác định
chế độ vận hành hợp lý các nhà máy thủy điện trong HTĐ Việt Nam theo thời gian
thực với hàm mục tiêu tổng chi phí sản xuất truyền tải và phân phối điện năng trong
HTĐ là nhỏ nhất.
Với những lý do trình bày trên đây có thể nhận thấy, việc lựa chon đề tài
nghiên cứu: “Tối ưu hoá chế độ vận hành các nhà máy thủy điện trong hệ thống
điện Việt Nam” có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
1) Nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn về đặc tính các nguồn phát điện và
đường dây truyền tải, xác định những yếu tố ảnh hưởng đến vận hành tối ưu các nhà
máy thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam;
2) Xây dựng mô hình toán mô phỏng hệ thống điện Việt Nam với các đặc tính
riêng của nguồn điện (nhiệt điện, thủy điện…) và đường dây truyền tải theo thực trạng
và quy hoạch phát triển HTĐ làm cơ sở cho việc thiết lập chương trình tính toán xác
định chế độ vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện trong HTĐ Việt Nam;
3) Áp dụng chương trình để tính toán xác định chế độ vận hành tối ưu các
nhà máy thủy điện (huy động tối ưu công suất và điện năng) đáp ứng nhu cầu phụ
tải toàn quốc hoặc các vùng của hệ thống điện Việt Nam .


3

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là bài toán vận hành các nhà máy thủy điện trong hệ
thống điện Việt Nam với đầy đủ các đặc trưng hiện hữu trong hiện tại cũng như
kịch bản phát triển trong tương lai theo Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam
hiệu chỉnh giai đoạn 2011-2020, có xét đến 2030 đã được phê duyệt. Riêng thuỷ

điện tích năng tuy có trong danh mục quy hoạch, song trên thực tế chưa có kế
hoạch xây dựng và chưa có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, nên trong luận án chưa đề cập
cụ thể.
Phạm vi nghiên cứu của luận án là bài toán tối ưu chế độ vận hành các nhà
máy thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam theo tiêu chuẩn tổng chi phí sản
xuất và cung cấp điện năng của hệ thống điện là nhỏ nhất. Trong đó, đặc tính của
các nhà máy thuỷ điện hiện có lấy theo quy trình vận hành thực tế đã được phê
duyệt; các nhà máy thuỷ điện đang và sẽ xây dựng được tính toán dựa trên dữ
liệu quy hoạch hoặc dự án đầu tư đã được phê duyệt (quy mô và quy trình điều
tiết hồ chứa, loại tua bin, công suất lắp máy và công suất khả dụng theo tần suất
nước (P = 50, 75 và 90%).
Bài toán tối ưu vận hành các nhà máy thuỷ điện trong HTĐ Việt Nam chỉ xét
cho trường hợp vận hành ổn định, không tính đến các chế độ chuyển tiếp hoặc sự cố
rã lưới của HTĐ.
4. Phương pháp nghiên cứu
Trong Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp thống kê: Cập nhật CSDL tiến hành phân tích, kiểm chứng
và đánh giá tổng quan về hiện trạng và xu hướng phát triển HTĐ Việt Nam cũng
như các thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực mô hình hóa và tối ưu hóa chế độ làm
việc của hệ thống điện.
- Phương pháp mô hình hóa: Đó là phương pháp mô hình toán học các phần
tử của HTĐ: Nguồn điện với đầy đủ đặc tính hiện hữu về vị trí, quy mô thông số kỹ
thuật - kinh tế với đường dây truyền tải giữa nguồn phát và các hộ tiêu thụ điện. Sử
dụng phương pháp mô hình toán tối ưu để giải bài toán tối ưu vận hành HTĐ.


4

5. Đóng góp mới về khoa học và thực tiễn của Luận án
Luận án đã đạt được một số kết quả và đóng góp mới về lý thuyết cũng như

thực tiễn sau đây:
Đóng góp 1.
Luận án đã xây dựng được mô hình toán mô phỏng hệ thống điện Việt Nam
để tính toán xác định chế độ vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện trong hệ thống
điện Việt nam. Mô hình có nhiều ưu điểm hơn các mô hình nhập khẩu và các mô
hình đã được áp dụng ở Việt Nam trước đây, đó là:
(i) Mô hình không bị hạn chế về số lượng các nút và các loại nguồn phát;
cấp điện áp truyền tải giữa nguồn phát và trung tâm phụ tải;
(ii) Mô hình mô phỏng đầy đủ và sát với thực tế các đặc tính và chi phí sản
xuất điện của các trạm phát trong hệ thống điện Việt Nam;
(iii) Mô hình tự động thiết lập sơ đồ và tính toán chi phí truyền tải tương
đương giữa các vùng trong hệ thống điện.
Đóng góp 2.
Luận án đã hoàn thiện thuật toán, trình tự giải bài toán theo mô hình tối ưu
hoá chế độ vận hành các nhà máy thủy điện trong HTĐ Việt Nam bằng phương
pháp quy hoạch tuyến tính. Chương trình tính toán được lập theo hàm mục tiêu “tối
thiểu hoá chi phí cung cấp điện của HTĐ với các ràng buộc về khả năng phát công
suất và năng lượng, chi phí sản xuất và truyền tải của các nguồn phát, các ràng buộc
về khả năng truyền tải giữa các nút phụ tải trong hệ thống điện. Chương trình cho
chế độ vận hành hợp lý kết quả của các nguồn phát nói chung và các nhà máy thủy
điện nói riêng. Đặc biệt chương trình cho xác định được tổng phát thải khí CO2 của
HTĐ cho mỗi phương án tính toán.
Đóng góp 3.
Luận án đã xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ về vị trí, quy mô công
suất, chế độ suất vận hành phát điện, chống lũ, cấp nước của các nhà máy thủy điện
trong HTĐ Việt Nam; Tính toán vận hành tối ưu các nhà áy thủy điện trong hệ
thống điện Việt nam với các phương án 3, 5,8 nút và khu vực miền Trung – Tây
Nguyên cho kết quả vận hành tin cậy phù hợp với thực tế. Nghiên cứu cũng chỉ ra
rằng khi mô hình càng tăng số nút trong mô hình càng cho kết quả vận hành càng

5

chính xác. Đây là cơ sở để áp dụng mô hình cho các bài toán tương lại trong hệ
thống điện Việt Nam.
6. Kết cấu của Luận án

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, Phụ lục và Tài liệu tham khảo
Luận án được cấu trúc thành 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về vận hành các nhà máy thủy điện trong hệ thống
điện Việt Nam.
Chương 2: Nghiên cứu bài toán tối ưu vận hành các nhà máy thủy điện
trong hệ thống điện.
Chương 3: Chương trình tính toán xác định chế độ vận hành tối ưu các
nhà máy thủy điện trong hệ thống điện Việt Nam.
Chương 4: Tính toán chế độ vận hành tối ưu các nhà máy thủy điện trong
hệ thống điện Việt Nam.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.


6

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
1.1. Vai trò của các nhà máy thủy điện trong sản xuất điện năng
1.1.1. Vai trò của thủy điện trong sản xuất điện năng trên thế giới

Điện năng là sản phẩm hàng hóa đặc biệt, không tích trữ được, nên quá trình
sản xuất và tiêu thụ diễn ra đồng thời theo thời gian thực. Các nguồn điện nói chung
và nhà máy thủy điện nói riêng thường xa nhau và xa các trung tâm phụ tải. Các
nguồn phát cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện thông qua hệ thống lưới điện và các
trạm biến áp. Hệ thống điện có thể hiểu là tổ hợp thống nhất theo không gian và
thời gian gồm các trạm phát điện (nguồn điện), các trạm biến áp (tăng và hạ áp), các
đường dây truyền tải, đường dây phân phối điện và các hộ tiêu thụ điện.
Hệ thống điện hợp nhất ở mỗi quốc gia đều có quy mô rất lớn và phức tạp với
nhiều nhà máy nhiệt điện (than, dầu, khí), điện hạt nhân, các nhà máy thủy điện và
thủy điện tích năng cũng như các nguồn phát điện khác từ năng lượng tái tạo như:
điện gió, điện mặt trời, địa nhiệt, trạm điện thủy triều v.v…
Để giảm được giá thành sản xuất điện năng trung bình của HTĐ, giảm giá
cung cấp điện đến hộ tiêu thụ, các nước đều quan tâm giải quyết bài toán tối ưu phát
triển (quy hoạch phát triển HTĐ). Đây là bài toán tìm phương án cấu trúc hệ thống
điện (nguồn và hệ thống lưới điện) hợp lý nhất theo nhu cầu phát triển kinh tế xã
hội ở từng giai đoạn quy hoạch. Trong bài toán toán này, trên cơ sở kết quả dự báo
nhu cầu phụ tải và kết quả tổng hợp, phân tích, đánh giá các nguồn nhiên liệu - năng
lượng có thể khai thác, sẽ xây dựng các phương án (kịch bản) phát triển và tính toán
giải bài toán tìm phương án tối ưu.
Thủy điện với lợi thế không sử dụng nhiên liệu hóa thạch và có giá thành sản
xuất điện năng thấp, tuổi thọ cao, vận hành linh hoạt nên được tất cả các quốc gia
trên thế giới quan tâm đầu tư phát triển từ rất sớm và luôn giữ vai trò quan trọng
trong cung cấp điện năng trên thế giới. Theo Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA) và
Hội đồng Năng lượng Quốc tế (WEC) [43,63] thủy điện đang đóng góp khoảng gần


7

20% tổng công suất điện trên thế giới. Tiềm năng kỹ thuật của thủy điện thế giới
được đánh giá gần 14.400 tỷ kWh/năm, trong đó tiềm năng kinh tế khoảng 8.200

TWh/năm (khoảng 57%). Các nước công nghiệp phát triển đều đã khai thác hơn
70% tiềm năng kinh tế và hiện cũng đang tìm cơ hội khai thác thêm. Các nước đang
phát triển, mới khai thác được 20% tiềm năng kinh tế. Châu Á là châu lục có số
lượng lớn nhất về phát triển thủy điện, các quốc gia dẫn đầu về tốc độ vẫn là Trung
Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Iran, …Những nước có nguồn thủy điện chiếm trên 50%
tổng công suất điện của hệ thống điện rất nhiều như Na Uy (100%); Icela (83%),
Canada (70%), Áo (67%). Bảng 1.1 Tổng hợp dữ liệu của IEA về cơ cấu nguồn
điện thế giới giai đoạn đến năm 2040 như sau: [63].
Bảng 1.1: Cơ cấu phát triển điện thế giới của IEA [1]

Nội dung

2000

2014

Tổng [tỷ kWh/năm]
Nhiên liệu hoá thạch
Điện hạt nhân
Thủy điện

15.476

Năng lượng tái tạo
Tỷ lệ thủy điện [%]

(Tỷ kWh/năm)

Kịch bản 1
2025

2040

23.809

29.540

10.017

15.890

2.591

Kịch bản 2

39.047

2025
27.688

2040
34.092

17.175

20.243

14.113

8.108

2.535

3.405

4.532

3.685

6.101

2.619

3.894

4.887

6.230

4.994

6.891

250

1.489

4.074

8.041

4.896

12.992

16,92

16,36

16,54

15,96

18,04

20,21

Từ bảng 1.1 ta thấy, vai trò của thủy điện luôn được ưu tiên phát triển và
chiếm tỷ trọng trung bình khoảng 16% tổng điện năng của thế giới. Trong kịch bản
2 (được gọi là kịch bản 450) khi đẩy mạnh sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu
quả cùng với tăng cường phát triển năng lượng tái tạo, thủy điện sẽ khai thác đạt
6.891 tỷ kWh/năm (chiếm tới 20,21% tổng điện năng sản xuất của thế giới).
1.1.2. Vai trò của thủy điện trong sản xuất điện năng ở Việt Nam

Với điều kiện địa hình khu vực phía Bắc và khu vực phía Tây có đồi núi cao,
phía Đông là bờ biển dài, lại nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, lượng mưa trung bình
hàng năm từ 1.800 đến 2.000mm, nên Việt Nam có nhiều thuận lợi để phát triển thủy
điện. Trên hệ thống 2.360 sông lớn với độ dài hơn 10 km, tổng tiềm năng kỹ thuật thủy
điện của nước ta được đánh giá vào khoảng 35.000MW, trong đó 60% tập trung tại

8

miền Bắc, 27% phân bố ở miền Trung và 13% thuộc khu vực miền Nam. Bản đồ trữ
năng kỹ thuật các lưu vực sông chính ở Việt Nam trình bày trên hình 1.1.

Hình 1.1: Bản đồ trữ năng kỹ thuật các dòng sông chính ở Việt Nam

Cả nước hiện có gần 970 dự án thủy điện được quy hoạch, hàng năm có thể
sản xuất hơn 100 tỷ kWh, trong đó nói riêng thủy điện nhỏ (TĐN) có tới 800 dự án,
với tổng điện năng khoảng 15 - 20 tỉ kWh/năm.
Nhiều công trình thủy điện đã được xây dựng trên cả nước, theo kế hoạch,
đến năm 2017, có 473 dự án sẽ đưa vào khai thác vận hành, với tổng công suất là
21.229,3 MW, chiếm gần 82% tổng công suất tiềm năng kỹ thuật của thủy điện.
Năm 2012, các nhà máy TĐ đóng góp 48,26% (13.000 MW) và 43,9% (tương ứng
53 tỷ kWh) điện năng cho ngành điện. Cơ cấu nguồn thủy điện năm 2015 & 2016
biểu diễn trên hình 1.2.
Cho đến nay các dự án TĐ lớn có công suất trên 100MW hầu như đã được đầu
tư xây dựng đưa vào khai thác. Các dự án có vị trí thuận lợi, có chi phí đầu tư thấp
cũng đã được triển khai thi công. Trong tương lai gần, các dự án TĐ công suất nhỏ sẽ
được đầu tư khai thác. Từ 2016-2030 kế hoạch xây dựng bổ sung từ nguồn thủy điện
dự kiến 8.959 MW [3] được tổng hợp trong bảng 1.2 và biểu diễn trên hình 1.3.


9

Từ những thông tin nêu trên ta thấy, TĐ hiện vẫn chiếm một tỷ trọng cao
trong cơ cấu sản xuất điện. Năm 2014, TĐ chiếm khoảng 32% trong tổng sản xuất
điện và đến các năm 2020 và 2030 tỷ trọng TĐ vẫn còn khá cao gần 23%.

Hình 1.2: Cơ cấu nguồn điện và sản lượng điện Việt Nam 2015 &2016
Bảng 1.2: Kế hoạch xây dựng TĐ và TĐ tích năng theo QHĐ 7 (MW); [31]

Thủy điện

N

Thủy điện

2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030

2,195
426
516
471
544

490
360
105
0
200
72
0
0
0
180

Tổng cộng

5,559

Tổng

Tổng các DA

0
300
300
600

2,195
426
516
471
544
490

360
705
0
800
72
0
300
300
780

24
13
19
16
14
16
17
11
7
9
8
5
8
9
8

2,400

7,959

184

N tích năng

600
0
600


10

Hình 1.3: Tổng hợp nguồn thủy điện bổ sung vào HTĐ Việt Nam 2016 -2030

Từ những dữ liệu về vai trò thủy điện trong sản xuất điện năng thế giới và
Việt Nam trình bày trên đây, có thể rút ra một số nhận xét có liên quan đến vấn đề
cần nghiên cứu sau đây:
(1) Thủy điện với lợi thế là nguồn năng lượng xanh, luôn được phục hồi theo
thời gian có giá thành thấp, tuổi thọ công trình dài, khả năng huy động công suất
nhanh, đơn giản, nên đã được ưu tiên phát triển ở tất cả các quốc gia trên thế giới.
Nửa đầu của thế kỷ XXI, thủy điện đang và sẽ giữ tỷ trọng khoảng 20%.
(2) Bài toán khai thác và sử dụng nguồn thủy điện hợp lý luôn là vấn đề cấp
thiết được các nước kinh tế phát triển quan tâm giải quyết. Các thành tựu đạt được
là cơ sở lý thuyết vững chắc thúc đẩy phát triển thủy điện ở nhiều quốc gia trên thế
giới, trong đó có Việt Nam.
(3) Trong quá trình khai thác và vận hành cũng đã phát hiện ra nhiều tác
động tiêu cực của nhà máy thủy điện đến xã hội và môi trường, cần được nghiên
cứu giải quyết. Trong đó, quan trọng nhất là bài toán vận hành tối ưu các nhà máy
thủy điện theo mục tiêu đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả sử dụng tổng hợp
nguồn nước, đặc biệt là hiệu quả phát điện.
1.2. Hiện trạng vận hành nhà máy thủy điện lợi dụng tổng hợp nguồn nước

1.2.1. Khái niệm chung


11

Vận hành các nhà máy thủy điện là quá trình quản lý, khai thác vận hành hồ
chứa và các công trình có liên quan theo các thông số kỹ thuật thiết kế nhằm đáp
ứng yêu cầu nhiệm vụ đặt ra. Mục tiêu và nhiệm vụ vận hành nhà máy thủy điện là
đảm bảo an toàn và tối đa hoá lợi nhuận tổng hợp, trong đó lợi ích từ phát điện
chiếm tỷ trọng lớn nhất.
Bài toán vận hành tối ưu nhà máy thủy điện về bản chất là bài toán tối ưu hoá
các chỉ tiêu thông số kỹ thuật trong quá trình vận hành hồ chứa và nhà máy thủy
điện nhằm đáp ứng tối đa và hài hoà những lợi ích sử dụng tổng hợp nguồn nước đã
đặt ra trong quá trình quy hoạch, thiết kế và xây dựng;
Các nhà máy thủy điện thường được thiết kế, xây dựng với nhiệm vụ lợi
dụng tổng hợp nguồn nước: phát điện, cấp nước, cắt, giảm hoặc làm chậm lũ và
phát triển kinh tế xã hội khu vực với các mức độ khác nhau. Bài toán vận hành nhà
máy thủy điện cũng được xuất phát từ việc đảm bảo tốt nhất và hài hoà những mục
đích, nhiệm vụ đặt ra. Vì vậy, bài toán vận hành các nhà máy thủy điện trên thế giới
nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng thường được phân thành hai nhóm chủ
yếu là: (i) bài toán vận hành tối ưu nhà máy thủy điện theo mục tiêu và chỉ tiêu thiết
kế được phê duyệt; (ii) bài toán vận hành tối ưu (huy động hợp lý) các nhà máy
thủy điện tham gia phủ đồ thị phụ tải hệ thống điện.
1.2.2. Hiện trạng vận hành các nhà máy thủy điện ở Việt Nam

Như trên đã nêu, hệ thống điện Việt Nam đến 2017 có 473 dự án sẽ đưa vào
khai thác vận hành, chiếm gần 40% tổng công suất đặt toàn hệ thống và sản lượng
điện đóng góp hàng năm từ 30-40% sản lượng phát điện toàn quốc. Trong các nhà
máy thủy điện hiện hữu, có 81 nhà máy thủy điện lớn và vừa (trên 30 MW) với tổng
công suất đặt 16.100 MW, trong đó có 41 nhà máy với tổng công suất 12.200 MW

có khả năng điều tiết trên 1 tuần, tổng dung tích hữu ích các hồ chứa là 33,39 tỷ m3,
tương ứng sản lượng điện là 14,40 tỷ kWh.
Việc vận hành các hồ chứa và nhà máy thủy điện hiện nay phải tuân theo quy
trình quy trình vận hành hồ chứa (đơn hồ, liên hồ) do các cơ quan chức năng có
thẩm quyền phê duyệt. Đến nay Thủ tướng Chính phủ đã ban hành 11 quy trình vận


12

hành liên hồ chứa cho các lưu vực sông lớn trên cả nước. Theo đó, nguyên tắc thứ
tự ưu tiên trong vận hành các hồ chứa là:
+ Trong mùa lũ: Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các công trình thủy điện; góp
phần cắt/giảm lũ cho hạ du và đảm bảo hiệu quả phát điện.
+ Trong mùa cạn: Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các công trình thủy điện;
đảm bảo dòng chảy tối thiểu trên sông và nhu cầu sử dụng nước tối thiểu ở hạ du và
đảm bảo hiệu quả phát điện.
Trong thời gian qua công tác vận hành nhà máy thủy điện lợi dụng tổng hợp
nguồn nước (quy mô lớn và vừa) tuy đã phát huy hiệu quả, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế
cần sớm được khắc phục. Trong đó, một số vấn đề khó khăn, tồn tại có thể nêu ra là :
(1) Vấn đề bố trí dung tích phòng lũ hợp lý: quy định tăng dung tích phòng lũ
và duy trì dung tích này trong suốt 2,5 tháng mùa lũ làm giảm sản lượng hàng năm
của nhà máy thủy điện so với thiết kế ban đầu. Việc hạ thấp mức nước để đón lũ,
khi “dự báo có bão khẩn cấp, áp thấp nhiệt đới gần bờ hoặc các hình thái thời tiết có
khả năng gây mưa lũ” và phải đưa về giá trị này trong vòng 24 giờ đến 48 giờ có
nhiều bất cập trong thực tế vận hành.
(2) Vấn đề cấp nước hạ du còn những điểm chưa phù hợp với đặc tính tuabin
của tổ máy phát điện, dẫn đến việc đáp ứng trong thực tế gặp khó khăn, đặc biệt
trong những năm khô kiệt phải tính toán, cân đối giữa yêu cầu cấp nước hạ du với
cung ứng điện. Thời điểm yêu cầu nước hạ du và quy định cấp nước hạ du liên tục
24/24h của một số hồ chứa (Sê San 4A, Srepok 4…) hoặc phải vận hành vào những

giờ thấp điểm (Sông Ba Hạ…) không những ảnh hưởng đến công suất khả dụng và
cơ hội trong thị trường của nhà máy điện mà còn làm giảm công suất dự phòng và
tính tối ưu của hệ thống điện [9,10,13].
(3) Việc áp dụng các quy trình vận hành liên hồ chứa, bài toán cân bằng năng
lượng sẽ phát sinh thêm nhiều ràng buộc, dẫn đến kết quả không còn tối ưu và phát
sinh chi phí mua điện; quy định điều tiết hồ chứa theo thời đoạn 10 ngày, dẫn đến
việc mô phỏng trong chương trình tính toán gặp nhiều khó khăn do khung thời gian
tính toán theo các quy định hiện hành là năm, tháng, tuần. Bên cạnh đó, việc áp
dụng cứng mực nước theo từng thời đoạn dẫn đến việc điều tiết hồ không còn linh


13

hoạt, khả năng hỗ trợ công suất cho hệ thống điện quốc gia cũng như khu vực giảm
thấp khá nhiều.
(4) Trong giai đoạn mùa lũ, việc luôn duy trì mực nước hồ thấp (mực nước
trước lũ) làm giảm công suất khả dụng của nhà máy cũng như hệ thống điện, ảnh
hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải. Thời kỳ mùa khô, việc yêu cầu lượng
nước cấp cho hạ du khá lớn và kéo dài dẫn đến các hồ có thể về mực nước chết
sớm, khiến dự phòng điện năng và công suất toàn hệ thống suy giảm, dẫn đến phải
huy động các nguồn điện với giá thành cao, làm tăng chi phí mua điện toàn hệ
thống, thậm chí có thể phải hạn chế tải để cân bằng cung cầu và dễ xảy ra trường
hợp không đủ nước để đáp ứng cho hạ du trong các giai đoạn sau.
(5) Đến nay chế độ vận hành nhà máy thủy điện trong hệ thống điện do Trung
tâm điều độ quốc gia A0 điều hành dựa trên phương thức cân đối cung cầu theo tính
toán với chu kỳ quy định là năm, tháng hoặc tuần với các kịch bản năm nhiều nước, ít
nước và trung bình nước. Do công tác dự báo thủy văn còn nhiều bất cập và hệ thống
quan trắc dự báo mưa bão còn thiếu chính xác, cùng với những quy định chưa hợp lý
về phòng lũ và cấp nước cho hạ du, nên công tác vận hành các nhà máy thủy điện trong
hệ thống điện đang gặp nhiều khó khăn và không đạt kết quả tối ưu trong thực tế.

1.2.3. Thành tựu nghiên cứu tối ưu vận hành nhà máy thủy điện

Từ những phân tích, tổng hợp nêu trên có thể nhận thấy bài toán vận hành
nhà máy thủy điện quy mô lớn và vừa, đặc biệt là vấn đề điều tiết hồ chứa ở Việt
Nam luôn có tính thời sự và đã có nhiều tác giả và nhóm các nhà khoa học nghiên
cứu giải quyết. Các thành tựu nghiên cứu đạt được đã tạo cơ sở khoa học và thực
tiễn tin cậy trong việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa, quy trình vận hành nhà
máy thủy điện [12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30].
Mục tiêu của bài toán đặt ra là thu được lợi ích tối đa từ các nhà máy thủy
điện (phát được công suất và điện năng tối đa trong điều kiện thỏa mãn các ràng
buộc đa mục tiêu khác như cấp nước, điều tiết lũ, đẩy mặn v.v…). Trong số các
công trình nghiên cứu có thể kể đến là công trình nghiên cứu của Nguyễn Thượng
Bằng [31]. Tác giả đã nghiên cứu giải bài toán tối đa điện năng mùa cấp của nhà


14

máy thủy điện trên bậc thang theo phương pháp tối ưu đa mục tiêu. Gần đây, nhóm
tác giả trường Đại học thủy lợi là Hà Văn Khối, Hồ Ngọc Dung… [27,28,29] đã có
những thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực điều tiết phát điện và cấp nước, tối ưu vận
hành hồ chứa bậc thang thủy điện làm việc trong hệ thống điện,… Năm 2017 tác giả
Lê Hồng Sơn [21] đã nghiên cứu, phân tích lựa chọn cách tiếp cận và đề xuất phương
pháp kết hợp mô hình mô phỏng - tối ưu - trí tuệ nhân tạo, lập trình tối ưu và kết nối
các mô hình để giải quyết bài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu.
Ngoài ra, còn một số vấn đề nêu trên chủ yếu có tính quản lý điều hành và
thuộc chức năng của các cơ quan quản lý an toàn đập đã và đang được các cơ quan
quản lý ngành nghiên cứu giải quyết. Ví dụ: nghiên cứu xem xét chia thời kỳ mùa lũ
của hồ chứa thành các thời kỳ lũ sớm, lũ chính vụ và lũ muộn với mức nước trước lũ,
mức nước đón lũ tương ứng phù hợp trong từng thời kỳ, nhằm tăng hiệu quả phát
điện, đảm bảo việc tích nước cho các nhu cầu hạ du trong mùa khô trên cơ sở vận

hành an toàn tuyệt đối cho công trình, đảm bảo hiệu quả cắt / giảm lũ cho hạ du v.v…
1.3. Tổng quan các kết quả nghiên cứu tối ưu chế độ vận hành các nhà máy
thủy điện trong hệ thống điện
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu tối ưu vận hành hệ thống điện và các nhà máy thuỷ
điện trong hệ thống điện

Nghiên cứu tối ưu hoá vận hành hệ thống điện nói chung và các nhà máy
thuỷ điện nói riêng trong HTĐ đã và đang triển khai theo phương pháp sử dụng mô
hình mô phỏng (simulation models) và mô hình toán tối ưu (optimization models).
Cả hai dạng mô hình nêu trên, những đặc tính của các phần tử trong HTĐ (nguồn
phát và đường dây truyền tải) đều được mô tả đúng hoặc sát với đặc tính thực của
chúng. Trong luận án này, chúng ta chỉ xem xét các đặc tính có liên quan đến tối ưu
chế độ vận hành tức là mô hình toán tối ưu.
Chế độ vận hành tối ưu (hợp lý nhất) của các nhà máy thủy điện trong HTĐ
có thể xác định một cách tường minh từ cách tiếp cận tối ưu vận hành tổng thể hệ
thống điện. Mô hình toán tối ưu thường được xây dựng dựa trên các tiêu chí và ràng
buộc cần thiết đối với mỗi bài toán cụ thể. Khác với mô hình mô phỏng, mô hình tối