Báo cáo Tối ưu hóa khai thác các nhà máy thủy điện bậc thang – Sông Sêsan - Đoàn Tiến Cường

TỐI ƢU HÓA KHAI THÁC CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN BẬC THANG – SÔNG SÊSAN Trình bày: Đoàn Tiến Cường Công ty thủy điện Ialy, EVN Nội Dung Chính Tóm tắt nội dung Lý nghiên cứu đặt vấn đề Những nội dung trình bày Tổng quan hệ thống thuỷ điện sông Sê San Quy hoạch vận hành: - Xây dựng toán - Phƣơng pháp giải Chƣơng trình tính toán Kết Kết luận Tóm tắt Hệ thống bậc thang thuỷ điện sông Sê San đóng vai trò quan trọng việc cung cấp điện giữ vững ổn định hệ thống điện Việt Nam Việc đưa vào vận hành nhà máy lưu vực sông đặt cho nhà máy thách thức tìm biện pháp sử dụng cách hiệu nguồn nước Để sử dụng tối ưu nguồn nước lưu vực sông Sê San, thực tế vận hành đặt nhiều toán quy hoạch vận hành có quy hoạch vận hành ngắn hạn Tóm tắt (tt) Trong khuôn khổ đề tài này, tác giả đặt toán vận hành tối ưu ngắn hạn nhà máy thuỷ điện sông Sê San Với mục tiêu đó, đề tài tập trung vào việc điều tra, khảo sát số liệu hệ thống thiết bị công trình; xây dựng mô hình toán học đặc tính vận hành hệ thống thiết bị, công trình; tìm phương pháp thích hợp để xây dựng thuật toán giải; viết chương trình mô tả thuật toán áp dụng vào công tác hỗ trợ định vận hành tối ưu nhà máy thuộc thuộc Công ty Lý Do Nghiên Cứu Khi nói đến bậc thang thuỷ điện nói đến hoạt động hệ thống hồ, đập nối tiếp từ thượng lưu xuống hạ lưu Việc khai thác vận hành hồ chứa thượng lưu ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng nước hồ hạ lưu, mà lưu lượng nước hồ yếu tố định đến sản lượng phát nhà máy thuỷ điện Lý Do Nghiên Cứu b1 s1 q1 b2 s2 bL q2 sL qL Vấn đề đặt cần tính toán để:  Tối đa hóa lợi ích (sản lượng, doanh thu, lợi nhận)  Thỏa mãn ràng buộc pháp định, kỹ thuật, môi trường, tập quán… Lý Do Nghiên Cứu Các công trình thuỷ điện bậc thang thuỷ điện sông Sê San gồm Nhà máy thuỷ điện Ialy (năm 2000), Sêsan3 (năm 2006), Pleikrông (năm 2009), Sêsan3A (năm 2006), Sêsan4 (2010), Sê San4A (2010) Thượng Kontum (đang xây dựng) đưa vào vận hành Việc đặt giải toán khai thác tối ưu vận hành thủy điện bậc thang nhằm khai thác tối tài nguyên nước cần thiết Tổng quan hệ thống CÁC NHÀ MÁY THUỘC CTY Z hồ Sê San hồi quy Data and Fits 105 100 dungtich vs mucnuoc Bac 95 90 85 304 305 306 307 Residuals 308 309 310 0.3 Bac 0.2 0.1 -0.1 -0.2 304 305 306 307 308 309 310 Các hàm quan hệ-Ss3 Căn biểu đồ quan hệ dung tích - mực nước CTKSTKĐ1 Xét khoảng cao độ mực nước từ 303,2 đến 304,5 đường hồi quy Z hồ Ss3 tuyến tính hình sau 105 dungtich vs mucnuoc Bac 100 95 90 85 302.5 303 303.5 304 304.5 305 305.5 306 306.5 xem quan hệ chiều cao cột nước thượng lưu dung tích hồ tuyến tính CHƢƠNG TRÌNH  Trong đề tài này, tác giả viết chương trình giải toán quy hoạch tuyến tính ngôn ngữ Matlab  Thuật toán sử dụng: thuật toán điểm  Chạy kiểm chứng gói phần mềm GAMS KẾT QUẢ  Dữ liệu đầu vào  Nhu cầu công suất phát  Lƣu lƣợng nƣớc  Giới hạn mực nƣớc theo quy định  Kết đầu  Biểu đồ công suất phát dự kiến cho nhà máy  Lƣu lƣợng nƣớc phát xả tràn (nếu có)  Biểu đồ mức nƣớc theo thời gian  Sản lƣợng phát Tính toán tối ƣu Dữ liệu đầu vào: Lưu lượng nước Luu luong ve 250 b(l,t) 200 150 100 50 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15 t16 t17 t18 t19 t20 t21 t22 t23 t24 Plk 220 220 210 210 200 200 180 160 150 150 150 150 150 150 150 150 160 180 190 200 200 200 200 220 Ily 170 170 170 160 150 150 130 120 100 100 100 100 100 100 100 100 120 130 140 150 150 150 150 170 ss3 60 60 50 50 50 50 50 50 45 40 40 40 30 30 40 40 50 50 50 50 50 50 60 60 Plk Ily ss3 Tính toán tối ƣu Công suất huy động dự phòng quay: Biểu đồ huy động công suất hệ thống 1100 1000 900 Công suất (MW) 800 700 600 500 400 300 200 100 100 100 100 100 100 100 100 100 50 30 50 100 100 100 100 100 50 30 50 100 100 100 100 PD(M W) 400 400 500 600 600 700 700 800 1000 10501000 900 800 700 900 900 1000105010801000 900 700 500 400 PR(M W) 100 100 100 100 100 100 100 100 50 30 50 100 100 100 100 100 50 30 50 100 100 100 100 Tính toán tối ƣu Dữ liệu đầu ra-phân bố công suất cho n/máy 1200 pss3 pily 1000 pplk 800 600 400 200 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 pss3 240 240 240 175 140 164 164 188 222 250 231 207 178 154 207 204 200 250 260 200 100 0 pily 60 60 160 325 360 436 436 512 678 700 669 593 522 446 593 596 700 700 720 700 700 600 420 320 pplk 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 80 80 Tính toán tối ƣu Dữ liệu đầu ra-diễn biến mức nước hồ Plk Elevation 561 560 559 558 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ily Elevation 512 511 510 509 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ss3 Elevation 305 304 303 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tính toán tối ƣu (tt) Dữ liệu đầu ra-diễn biến dung tích hồ Plk volume changing 615 610 605 600 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ily volume changing 795 790 785 780 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ss3 volume changing 88 86 84 82 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tính toán tối ƣu (tt) Dữ liệu đầu ra-diễn biến xả tràn Plk spillage 1000 500 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ily spillage 1000 500 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ss3 spillage 1000 500 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Các kết luận - Việc vận hành bậc thang hồ chứa thủy điện cần đặt toán khai thác tối ưu (sản lượng, doanh thu, chi phí…) - Tác giả đặt toán, xây dựng hàm mục tiêu, mô hình hóa ràng buộc thực tế để giải toán vận hành tối ưu - Phương pháp quy hoạch tuyến tính lựa chọn để giải toán tối ưu - Các kết tính toán với kịch khác cho thấy kết hợp lý, trợ giúp tốt cho việc định phương án vận hành Cảm ơn theo dõi quý vị! 52 Tài liệu tham khảo [ADA1998] Anthony Brooke, David Kendrick, Alexander Meeraus, Ramesh Raman, “GAMS-a user’s guide”, © GAMS Development Corporation, 1998 [AJJ2002] A J Conejo, J M Arroyo, J Contreras, and F A Villamor, "Self-Scheduling of a Hydro Producer in a Pool-Based Electricity Market," IEEE Transactions on power systems, vol 17, pp 1265-1272, 2002 [AlB1984] Allen J Wood, Bruce F Wollenberg, “Power Generation, Operation, and Control”, John Wiley & Sons, Inc., 1984 [AMJ1990] A J Conejo, M C Caramanis, and J A Bloom, “An efficient algorithm for optimal reservoir utilization in probabilistic production costing,” IEEE Transactions on Power Systems, vol 5, (2), pp 439–447, May 1990 [AND2005] André Turgeon, “Daily Operation of Reservoir Subject to Yearly Probabilistic Constraints” Journal of WRPM, seb/oct 2005 [ATS2002] A Arce, T Ohishi, and S Sores, "Optimal Dispatch of Generating Units of the Itaipú Hydroelectric Plant," IEEE Transactions on power systems, vol 17 (1), pp 154-158, 2002 [CEA1997] C Li, E Hsu, A.J Svoboda, C Tseng, and R.B Johnson, “Hydro Unit Commitment in Hydro-Thermal Optimization”, IEEE Transactions on Power Systems, Volume 12 (2), 1997, pp 764-769 [ErK2002] Erwin Kalvelagen, “Linear Programming Note” GAMS Development Corp, 2002 [EXR1999] E Ni, X Guan, and R Li, “Scheduling Hydrothermal Power Systems with Cascaded and Head-Dependent Reservoirs”, IEEE Transactions on Power Systems, Volume 14 (3), 1999, pp 1127-1132 [FGH1999] Fosso O B., Gjelsvik, A., Haugstad, A., Mo, B and Wangensteen, I (1999): Generation Scheduling in a Deregulated System The Norwegian Case IEEE Transactions on Power Systems, vol 14 (1) 75-80 Tài liệu tham khảo [GMJ2001] G W Chang, M Aganagic, J G Waight, J Medina, T Burton, S.Reeves, and M Christoforidis, “Experiences with mixed integer linear programming based approaches on shortterm hydro scheduling,” IEEE Trans Power Syst., vol 16 (4), pp 743–749, Nov 2001 [HDU1990] H Habibollahzadeh, D Frances and U Sui, "A New Generation Scheduling Problem at Ontario Hydro," IEEE Transactions on Power Systems, Vol 5, No 1, Feb 1990 (1), pp 65-73 [JEJ2001] J Garcia Gonzalez, E Parrilla, J Barquin J Alonso, A Saiz Chicharro, A Gonzalez “Under–relaxed Iteritive Procedure for Feasible Short-term Scheduling of a Hydro Chain, Exhidro 2001 [JSV2005] J.P.S Catalão, S.J.P.S Mariano, V.M.F Mendes, L.A.F.M Ferreira “Quadratic Optimazation for a Head-Dependent Hydro Chain”, 2005 [LyL1995] Lyra, C and Ferreira, L R (1995): A Multiobjective Approach to the Short-Term Scheduling of a Hydroelectric Power System, IEEE Transactions on Power Systems, vol 10 (4), pp 1750–1755 [MTR1994] M.R Piekutowski, T Litwinowicz, and R.J Frowd, “Optimal Short-Term Scheduling of a Large-Scale Cascaded Hydro System”, IEEE Transactions on Power Systems, Volume (2), 1994, pp 805-811 [OLD1998] O Nilsson, L Soder, and D Sjelvgren, “Integer modeling of spinning reserve requirements in short term scheduling of hydro systems,” IEEE Trans Power Syst., vol 13 (3), pp 959–964, Aug 1998 [OnD1997-1]O Nilsson and D Sjelvgren, “Hydro unit start-up costs and their impact on the short term scheduling strategies of Swedish power producers,” IEEE Trans Power Syst., vol 12 (1), pp 38–44, Feb 1997 Tài liệu tham khảo [OnD1997-2]O Nilsson and D Sjelvgren, “Variable splitting applied to modeling of start-up costs in short term hydro generation scheduling,” IEEE Trans.Power Syst., vol 12 (2), pp 770–775, May 1997 [PhT2003] Phan Quốc Khánh, Trần Huệ Nương, “Quy hoạch tuyến tính”, Nhà xuất giáo dục, 2003 [PMS1994] P Franco, M.F Carvalho, and S Soares, “A Network Flow Model for Short-Term Hydro-Dominated Hydrothermal Scheduling Problems”, IEEE Transactions on Power Systems, Volume (3), 1994, pp 1016-1021 [PoH1996] Po-Hung Chen, Hong-Chan Chang, “Genetic aided scheduling of hydraulically coupled plants in hydro-thermal coordination”, IEEE Transaction on Power System, V 11, No 2, May 1996 [R.J2000] R Naresh and J Sharma, "Hydro System Scheduling Using ANN Aproach," IEEE Transactions on power systems, vol 15 (1), pp 388-395, 2000 [RJF1998] R A Ponrajah, J.Witherspoon, and F D Galiana, “Systems to optimize conversion efficiencies at Ontario Hydro’s hydroelectric plants,” IEEE Trans Power Syst., vol 13 (2), pp 1044–1050, Aug 1998 [StA1996] Stephan G Nash, Ariela Sofer, “Linear ans Nonlinear Programming” The McGraw-Hill Companies, Inc.,1996 [StL2004] Stephen Boyd, Lieven Vandenberghe, “Convex Optimization”, Cambrigde University Press, 2004 [XAC1999] X Guan, A Svoboda, and C.-A Li, “Scheduling hydro power systems with restricted operating zones and discharge ramping constraints,” IEEE Trans Power Syst., vol 14 (1), pp 126–131, Feb 1999 [XPH1994] X Guan, P B Luh, H Yan, P M Rogan, "Optimization-Based Scheduling of Hydrothermal Power Systems with Pumped-Storage Units," IEEE Transactions on Power Systems, Vol 9(2), May 1994, pp 1023-1031