Tóm tắt: Hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác Xăng

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác XăngHệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành thủy điện Thác Xăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

HÀ VĂN THỦY

HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH TRONG VẬN HÀNH THỦY ĐIỆN THÁC XĂNG

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội – Năm 2024

Mỏ và Dầu khí, Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Nguyễn Đức Khoát 2 TS Hà Ngọc Tuấn

Phản biện 1: PGS TS Đào Văn Tân

Viện khoa học công nghệ cơ khí, Tự động hóa và Môi trường

Phản biện 2: PGS TS Thái Quang Vinh

Viện hàn lâm KH và CN Việt Nam

Phản biện 3: TS Lê Xuân Hải

Đại học Quốc Gia Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ … ngày … tháng… năm 2022

Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia

hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Thuỷ điện đóng vai trò quan trọng trong cung cấp điện cho hệ thống, đặc biệt là ở Việt Nam, nơi mà nhu cầu điện tăng rất nhanh và dự báo vẫn duy trì mức trên 20% trong những năm tới 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 [41, 42, 43, 44] 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 nghiên cứu nhằm mục tiêu phát triển bền vững, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường an ninh năng lượng

Ở Việt Nam, quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 03 năm 2016 giai đoạn 2015 - 2030 tổng công suất đặt của thủy điện sẽ tiếp tục gia tăng [45] Điều đó tạo nên bài toán phát triển hợp lý các dự án thủy điện, vấn đề nghiên cứu xây dựng cơ sở phương pháp luận cũng như tính toán tối ưu chế độ vận hành các nhà máy thủy điện trong HTTĐ 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

Những năm gần đây, các sự cố trong vận hành hồ chứa, làm vỡ đập, ngập lụt hạ lưu, chết người, vv tạo nên bức xúc rất lớn trong xã hội, lãng phí nguồn tài nguyên nước Đa số các hồ chứa thủy điện tại Việt Nam vận hành dựa theo kinh nghiệm mà không có các công cụ đo đếm tính toán các thông số chính xác theo thời gian thực để giúp người điều khiển quyết định các công việc như xả lũ, chạy máy phát, điều tiết lũ bậc thang, vv một cách tối ưu Tuy nhiên chưa có một công trình khoa học nào nghiên cứu chi tiết và đầy đủ sự ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết, từ đó xây dựng một giải

pháp vận hành phù hợp Vì vậy đề tài: “Hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong vận hành

thủy điện Thác Xăng” mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và đáp ứng các yêu cầu

thực tiễn trong điều khiển vận hành các hồ chứa nước tại Việt Nam nói chung và áp dụng cho thủy điện Thác Xăng nói riêng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án

- Xác định được cơ sở khoa học và thực tiễn để nâng cao hiệu quả khai thác thủy điện nói chung và thủy điện vừa và nhỏ nói riêng

- Xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định trên cơ sở thuật toán lập lịch, các mô-đun xử lý số liệu vào ra, kết nối các mô hình; tối ưu mô hình bể chứa

- Áp dụng việc liên kết các mô hình đã đề xuất trên nhằm kiểm định khả năng ứng dụng cho Nhà máy Thủy điện Thác Xăng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống hồ chứa thủy điện nói chung và thủy điện vừa và nhỏ nói riêng (cụ thể cho thủy điện Thác Xăng);

- Phạm vi nghiên cứu ứng dụng là nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống hồ chứa

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa: K ế thừa có chọn lọc các tài liệu và kết quả của các công

trình nghiên cứu liên quan đến vận hành hệ thống hồ chứa, các mô hình mô phỏng, mô hình tối ưu Từ đó nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất liên kết các mô hình, áp dụng cho hệ thống hồ chứa thủy điện Thác Xăng

Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp thông tin số liệu: Các mô hình thống

kê, đánh giá được sử dụng để tạo ra bộ số liệu cho đề tài

Phương pháp sử dụng mô hình mô phỏng và tối ưu hệ thống: Các mô hình mô

phỏng, tối ưu được sử dụng kết hợp nhằm đưa ra kết quả mục tiêu cuối cùng là nâng cao hiệu quả vận hành

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

a Ý nghĩa khoa học

- Luận án đã kết hợp giữa các kỹ thuật: (i) Mô phỏng; (ii) Tối ưu mô hình bể chứa; và (iii) bài toán lập lịch, đưa ra cách thức vận hành hợp lý và cập nhật liên tục, hỗ trợ công tác vận hành nhằm đạt hiệu quả vận hành thực tế tốt

- Xây dựng được chương trình hỗ trợ ra quyết định với khả năng tính toán, biểu diễn toàn diện tình hình khí tượng thủy văn cũng như có các công cụ mô phỏng vận hành theo thời gian thực

- Kết quả thử nghiệm cho nhà máy thủy điện Thác Xăng là cơ sở khoa học để các đơn vị sở hữu quản lý vận hành hồ chứa nước các thủy điện có thể dùng làm tài liệu tham khảo, ứng dụng

b Ý nghĩa thực tiễn

- Với sự phát triển nhanh các nhà máy thủy điện, kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng nhằm giảm tối đa sự cố không mong muốn, tăng hiệu suất phát điện và tiết kiệm nguồn tài nguyên cho đất nước

- Luận án có giá trị hữu ích cho các công ty vận hành hồ chứa, cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước Trung ương và địa phương tham khảo

- Nội dung của Luận án là tài liệu tham khảo tốt cho nghiên cứu giải quyết các vấn đề khác của hệ thống hồ chứa thủy điện, cho việc biên soạn tài liệu nghiên cứu, góp phần phát triển bền vững thủy điện và hệ thống nguồn nước

6 Những đóng góp mới của luận án

- Xây dựng được bộ công cụ hỗ trợ ra quyết định để đề xuất phương án vận hành cận tối ưu cho hệ thống hồ nhà máy thủy điện nói chung và thủy điện vừa và nhỏ nói riêng, có kể đến biến đổi và các tác động thực tế của nguồn nước theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả phát điện và điều tiết lũ;

- Thử nghiệm kết quả nghiên cứu trong vận hành thực tế hệ thống nhà máy thủy điện Thác Xăng nâng cao hiệu quả phát điện và điều tiết lũ

7 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận, kiến nghị và danh mục tài liệu tham khảo toàn bộ luận án được trình bày trong 102 trang khổ giấy A4, trong đó có 9 bảng biểu, 70 hình vẽ và 17 phụ lục

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH1.1 Thủy điện

Thủy điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước Đa số năng lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một turbine nước và máy phát điện Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thủy triều Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo

Công trình thủy điện hay còn gọi là trạm thủy điện bao gồm hệ thống dẫn dòng chảy và nhà máy thủy điện nhằm biến năng lượng của dòng nước trở thành điện năng cung cấp lên hệ thống lưới điện phục vụ nhu cầu sinh hoạt và sản xuất

Vận hành công trình thuỷ điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố ràng buộc phức tạp như: An toàn hồ đập; Mức nước vận hành hiệu quả; Tuân thủ quy định nhà nước: quản lý nguồn nước, vận hành thiết bị và các hoạt động khác Một số sự cố, rủi ro trong quá trình vận hành công trình thuỷ điện gồm: Sự cố tràn đập, vỡ đập; Sự cố trang thiết bị và cơ sở vật chất ; và một số vấn đề tới từ cơ quan quản lý

1.2 Hệ thống hỗ trợ ra quyết định DSS

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa thủy điện

Hệ thống hỗ trợ quyết định (DSS-Decision support system) là một hệ thống thông tin hỗ trợ các hoạt động ra quyết định của doanh nghiệp hoặc tổ chức DSS phục vụ cấp quản lý, hoạt động và lập kế hoạch của một tổ chức (thường là quản lý cấp trung và cấp cao hơn) và giúp mọi người đưa ra quyết định về các vấn đề có thể thay đổi nhanh chóng và không dễ dàng xác định trước - là những vấn đề quyết định phi cấu trúc và bán cấu

trúc Hệ thống hỗ trợ quyết định có thể được máy tính hóa hoàn toàn hoặc do con người cung cấp hoặc kết hợp cả hai (Wikipedia)

Có rất nhiều các mô hình DSS và IDSS được sử dụng cho những ứng dụng khác nhau và với những đặc điểm phát triển khác nhau Hệ thống DSS dựa vào mô hình

(MD-DSS), hệ thống DSS dựa vào dữ liệu (DD-(MD-DSS), hệ thống DSS dựa trên mạng truyền thông (C-DSS), hệ thống DSS dựa theo tài liệu (D-DSS), hệ thống DSS dựa trên tri thức (K-DSS)

Trong kiến trúc tổng quát với các thành phần quan trọng trong một hệ thống DSS được trình bày trong Hình 1.1

Hình 1.1 Kiến trúc hệ thống hỗ trợ ra quyết định

DSS là một công cụ mô hình hóa để giải quyết các vấn đề cụ thể, vừa hỗ trợ các cá nhân nghiên cứu và tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề quản lý của họ (Loucks & da Costa, 1991) Mục đích của DSS không phải để thay thế mà là cải thiện khả năng ra quyết định của con người trong việc đưa ra các lựa chọn sáng suốt để đạt được mục tiêu xác định trước (Ahmad & Simonovic, 2006)

Khi dòng chảy của hồ chứa có thể được dự đoán với độ chính xác đủ lớn, kế hoạch sản xuất cho vận hành thủy điện có thể được tạo ra một cách hiệu quả thông qua việc sử dụng trình mô phỏng, giúp người vận hành quan sát được các tình huống vận hành khác nhau để tìm ra phương án tối ưu

1.2.2 Tình hình phát triển hệ thống DSS vận hành hồ chứa trên Thế giới và Việt Nam

Thế giới đã sử dụng nhiều mô hình toán cho DSS của nhà máy thủy điện (DSSTĐ) Tuy nhiên, do đặc điểm phức tạp của vấn đề nghiên cứu: bài toán nhiều chiều, đa ngành và mang tính đặc thù của từng hệ thống; Các yếu tố tự nhiên (lưu vực, dòng chảy đến, các yếu tố khí tượng thủy văn khác) và các hoạt động của con người

(nhu cầu sử dụng nước, chủ định của người ra quyết định), nên không có thuật toán

hay mô hình đơn lẻ nào là tổng quát cho bài toán DSSTĐ

Các hạn chế về DSSTĐ hiện nay ở nước ta:

 Điều hành dựa trên kinh nghiệm và quy trình vận hành được lập kể từ khi thiết kế và

không được cập nhật thường xuyên

 Điều hành theo hồ chứa đơn lẻ, chưa có sự phối hợp của hệ thống trong việc nâng cao hiệu quả DSSTĐ

 Việc giải quyết mô hình tối ưu cho hệ thống hồ chứa là không đơn giản do khối lượng tính toán lớn Ngoài ra, dự báo thủy văn dài hạn có độ chính xác hạn chế, cũng như các yếu tố tự nhiên và kinh tế - xã hội, gây khó khăn cho DSSTĐ Do vậy, việc áp dụng tối ưu vào vận hành thực cần phải có cách tiếp cận phù hợp

1.3 Nghiên cứu tiếp cận và phương pháp giải quyết bài toán DSSTĐ

Từ việc nghiên cứu tổng quan, tác giả đề xuất phương pháp giải quyết bài toán xây hệ thống hỗ trợ ra quyết định có cấu trúc như hình Hình 1.2 Để thực hiện chức năng phân tích đề xuất hỗ trợ ra quyết định, cấu trúc hệ thống DSS được đề xuất cần có các hệ thống thu thập: Thông tin thời tiết (đặc biệt là lượng mưa trên lưu vực của Nhà máy) phục vụ cho việc dự báo sớm về lượng mưa, dòng chảy; Thông tin cảnh báo lũ; Thông tin về thị trường giá điện Các thông tin này cung cấp dữ liệu cho phần mềm mô phỏng để phân tích tính toán, dự báo lưu lượng nước về hồ hỗ trợ xây dựng kịch bản vận hành tối ưu cho nhà máy thủy điện

Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống DSS đề xuất

Trong nội dung luận án này, tác giả sẽ thực hiện nghiên cứu triển khai một phần của cấu trúc hệ thống đề xuất Đó là xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định cho một nhà máy thủy điện nhỏ, cụ thể là Nhà máy thủy điện Thác Xăng

1.4 Kết luận

Trên thế giới đã sử dụng nhiều mô hình cho DSSTĐ Tuy nhiên, do tính ngẫu nhiên của NMTĐ nên không có thuật toán đơn lẻ nào là tổng quát giải quyết cho bài toán DSSTĐ

Việt Nam đã áp dụng các mô hình DSSTĐ khác nhau trên các lưu vực sông, tuy nhiên vẫn còn tồn tại khoảng cách giữa tính toán trên lý thuyết và thực tế vận hành, công tác dự báo thủy văn dài hạn còn có độ chính xác thấp, xử lý số liệu và tính toán

các phương án để cho ra các quyết định điều hành hợp lý không kịp thời

Những vấn đề được trình bày trong Chương 1 chính là cơ sở và tiền đề cho nội dung của Luận án này Vấn đề đặt ra, hướng tiếp cận và phương pháp giải quyết bài toán DSSTĐ sẽ được giải quyết ở các Chương tiếp theo nhằm liên kết các mô hình DSSTĐ - tối ưu nâng cao hiệu quả vận hành, áp dụng cho HTTĐ Thác Xăng

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH HỒ CHỨA NƯỚC-NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

2.1 Mô hình hóa mưa rào - dòng chảy cho lưu vực sông

Để có thể tính toán dự báo được lưu lượng nước chảy về hồ thủy điện, lưu vực sông (Hình 2.1) của nhà máy cần được mô hình hóa bằng các mô hình toán học

Trong nội dung luận án này, tác giả đã lựa chọn mô hình mô tả bể chứa vật lý (tank model) được đề xuất bởi Sugawara và Fuyuki [48-52] để mô hình hóa Mưa rào - Dòng chảy cho lưu vực Thủy điện Thác Xăng có nhiều khả năng tùy biến, hiệu chỉnh các tham số, để có thể mô hình hóa Mưa rào – Dòng chảy cho các lưu vực có các điều kiện địa chất thủy văn phức tạp như ở Thác Xăng

Hình 2.1 Lưu vực sông

2.1.1 Mô hình bể chứa (Tank model)

Trong phương pháp mô hình hóa này, đặc điểm của lưu vực được thể hiện bằng các tính chất của mô hình bể chứa vật lý với các đầu ra có kích thước khác nhau

Các lưu vực khác nhau được mô hình hóa bằng một hệ thống bốn bể này với các hệ số dòng chảy ra và hệ số thấm (bộ tham số) phù hợp Việc xác định các hệ số cho mô hình cho phép tính toán mô phỏng lưu lượng dòng chảy đầu ra của lưu vực dựa trên dữ liệu tổng lượng mưa đầu vào

Hình 2.2 Mô hình mưa rào – dòng chảy với 04 bể chứa [Jong Wook Lee]

2.1.2 Cơ sở lý thuyết hiệu chỉnh thông số mô hình

Các mô hình bể chứa như trên Hình 2.2 bao gồm có 02 loại (Hình 2.4 a và b) Trong đó mỗi tầng dòng chảy được mô tả bởi một bể chứa với các đầu ra có chiều cao so với đáy (H) và hệ số chảy ra (A) Với cấu trúc đó, khi bể được tích trữ một lượng nước ở mức X thì lượng nước chảy ra và lượng nước thấm của mỗi bể được xác định như sau Lượng nước chảy ra (Y) ở mỗi đầu ra cạnh là Hình 2.4 Mô hình toán học mô tả bể chứa

Khi đó mô hình bể chứa tuyến tính được coi là một khâu quán tính bậc nhất

A1/[+(A1+A0)], trong đó  là sai phân, 1/(A1+A0) là hằng số thời gian, và tỉ lệ của đầu ra với đầu vào X là A1/(A1+A0) Với mô hình đơn giản tổng lượng nước chảy ra của bể theo (2.1) và (2.2) là Y=X.(A1+A0) và mức nước còn lại trong bể sau một đơn vị thời gian là X- X.(A1+A0)=X.(1- A1+A0) Bằng cách phân tích tương tự thì mực nước còn lại trong bể sau n đơn vị thời gian sẽ và đồ thị đặc tính mức nước được mô tả bởi công thức

trên Hình 2.5

Hình 2.5 Đường cong đặc tính mức nước mô hình bể chứa

Trên cơ sở mô hình bể chứa, các tham số mô phỏng cho lưu vực được tính toán hiệu chỉnh theo các bước:

 Phân chia dữ liệu dòng chảy thực tế và dòng chảy tính toán thành các giai đoạn nhỏ;

 Lựa chọn giá trị khởi tạo cho Mô hình;

 Sử dụng các Tiêu chuẩn RQ(I) và RD(I) để đánh giá sai lệch

 Hiệu chỉnh tham số mô hình thông qua các Công thức phản hồi

 Hiệu chỉnh Giảm ảnh hưởng của RD(I)

2.1.3 Thuật toán hiệu chỉnh mô hình [CT 5]

Trên cơ sở mô hiện như trên

Hình 2.6 Thuật toán xác định tham số mô hình bể chứa

2.2 Xây dựng kịch bản vận hành

Kịch bản vận hành phải đảm bảo an toàn hồ đập, không gây lũ nhân tạo; Tối ưu hóa lợi nhuận từ nguồn tài nguyên nước về hồ

2.2.1 Nghiên cứu mô hình hồ đập, nhà máy

Giản đồ nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện được biểu diễn như trên

Hình 2.7 Để đơn giản trong việc phân tích tính toán lưu lượng nước qua Nhà máy, hồ

chứa thủy điện được biểu diễn bằng mô hình bể chứa như trên Hình 2.8 Mô hình biểu diễn hồ chứa bằng bể chứa hình lập phương với các mối quan hệ: Lưu lượng nước vào/ra; Dung tích hồ chứa với mực nước trong hồ; Phương trình cân bằng nước trong hồ

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy

thống hồ đập

a Lưu lượng vào/ra

Lưu lượng dòng chảy là khối tích nước chảy vào hồ trên một đơn vị thời gian (Qv, m3/s) Lưu lượng nước đầu ra được xác định bằng tổng lưu lượng nước qua nhà máy dùng để phát điện (Qnm, m3/s) và lưu lượng nước qua đập (Qd, m3/s)

b Mực nước hồ chứa

Thể tích nước hồ ở thời điểm t2: V2 V1Qv t (2.4) Mức nước phụ thuộc thể tích nước hồ: Z  f V 

f Phương trình cân bằng nước

Về mặt vật lý nước trong hồ biến động nhưng thỏa mãn cân bằng sao cho lượng nước vào hồ bằng lượng nước ra khỏi hồ cộng với lượng nước biến động trong hồ Phương trình cần bằng nước xác định như sau:

2.2.2 Tối ƣu hóa kịch bản vận hành

a Hàm tối ưu điều tiết dài hạn

Để tính toán điều tiết dài hạn dòng chảy ta mô tả bài toán dưới dạng mô hình điều khiển tối ưu [47]

 Hàm mục tiêu (đạt giá trị lớn nhất sản lượng điện năng trong chu kỳ tính toán):

Mức nước thượng lưu: Zmin(t) ≤ Z(t) ≤ Zmax(t) Lưu lượng vận hành: Qmin ≤ Q(t) ≤ QTmax

Giới hạn công suất phát: PTĐmin(t) ≤ PTĐ(t) ≤ PTĐmax(t)

Với các turbine kiểu Francis và Kaplan người ta thường sử dụng quan hệ gần đúng cho giới hạn công suất khả phát

Để giải bài toán tối ưu điều tiết dài hạn dòng chảy dựa trên khả năng tính toán của hệ thống máy tính số, cần thiết phải rời rạc hóa biến thời gian Hàm mục tiêu (2.7) được biểu diễn rời rạc theo thời gian theo (2.9), phương trình cân bằng nước biểu diễn như ở (2.10)

Với giả thiết lưu lượng nước chảy vào hồ trong các khoảng thời gian là Qv_i như trên Hình 2.9 Lượng nước chảy ra khỏi hồ Qm_i như trên Hình 2.10 Qv_i và Qm_i là các rời rạc hóa của các giá trị lưu lượng vào và mất khỏi hồ

Qm_i = Qi + Qx_i + Qr_i + Qtl_i = Qi + Qd_i

Hình 2.10 Giá trị rời rạc hóa của lưu lượng chảy mất khỏi hồ

Với các giả thiết ở trên thì thể tích nước trong hồ tại thời điểm i được xác định bởi Với mức nước hồ là hàm phụ thuộc vào dung tích nước trong hồ (Zi=Z(Vi)) Thay vào (2.9), điện năng thu được sẽ là:

Các quan hệ hàm tính toán cho các đại lượng trong mỗi khoảng i :

+ Mức nước thượng lưu trung bình: Ztbi = 0,5.(Zi+Zi-1) ; + Đặc tính thể tích: Vi = f(Zi)

+ Đặc tính mức nước hạ lưu: Zhli = ψ(Qi+Qxi) ; + Đặc tính tổn thất cột nước: ∆Hi = ξ(Qi) ;