NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ĐĂNG TUẤN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS.TRẦN TẤN VINH Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Người cam đoan Nguyễn Đăng Tuấn TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN Học viên: Nguyễn Đăng Tuấn Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Khóa: 33ĐL Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt –Vấn đề đặt đề tài cần xây dựng chương trình tính tốn vận hành tối ưu phục vụ công tác chào giá vận hành nhà máy thủy điện Đại Ninh thị trường điện cạnh tranh, đảm bảo tối đa hóa doanh thu Đồng thời thỏa mãn ràng buộc kỹ thuật, môi trường, đặc biệt yêu cầu đảm bảo cấp nước vùng hạ du tỉnh Bình Thuận Luận văn xây dựng mơ hình tốn để phục vụ cho việc xây dựng thuật tốn chương trình tính tốn lập kế hoạch vận hành tối ưu phương pháp quy hoạch tuyến tính, hàm mục tiêu Maximum doanh thu phát điện Chương trình viết phần mềm MATLAB, sử dụng hàm “linprog” để giải tốn quy hoạch tuyến tính gói cơng cụ “Otimization toolbox” để giải tốn Ngồi ra, chương trình tính tốn xây dựng giao diện người dùng “Guide” phần mềm MATLAB Áp dụng chương trình tính tốn vận hành tối ưu để tính tốn lập kế hoạch vận hành tối ưu năm, tuần ngày cho nhà máy thủy điện Đại Ninh thị trường điện Kết tính tốn chương trình đáp ứng yêu cầu đặc điểm vận hành nhà máy, đáp ứng yêu cầu cấp nước hạ du ràng buộc khác Ngoài ra, kết cho thấy có hiệu áp dụng chương trình so với vận hành thực tế Từ khóa –Vận hành tối ưu, thị trường điện, quy hoạch tuyến tính, BUILDING THE OPTIMAL OPERATION CALCULATION PROGRAM FOR DAI NINH HYDRO POWER PLANT IN THE ELECTRICITY MARKET Abstract - The issue of the project is to develop an optimal operational calculation program for the bidding and operation of the Dai Ninh Hydropower Plant in the electricity market, ensuring maximum revenue At the same time, it satisfies the technical and environmental constraints, especially the requirement for water supply in the downstream area of Binh Thuan province The thesis has developed a problem model for the development of algorithms and calculation programs for optimal planning by linear programming method, the objective is Maximum generating power The program is written in MATLAB software, which uses the "linprog" function of the "Otimization toolbox" to solve the linear programming problem In addition, the calculation program is based on the GUIDE of the MATLAB software Apply the optimal operational calculation program to calculate the optimal year, week and day planning for the Dai Ninh hydropower plant in the electricity market Calculation results of the program have met the requirements of operation characteristics of the plant, meeting the requirement for water supply and other constraints In addition, the results have shown that it is effective when applying the program compared to actual operation Key words - Optimal operation, the electricity market, linear programming MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn .2 Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 1.1 Tổng quan lưu vực sông Đồng Nai Dự ánnhà máy thủy điện Đại Ninh .3 1.1.1 Giới thiệu lưu vực sông Đồng Nai, đặc điểm lưu vực hồ chứa Đại Ninh 1.1.1.1 Tổng quan hệ thống sông Đồng Nai 1.1.1.2 Đặc điểm tự nhiên 1.1.1.3 Đặc điểm thủy văn 1.1.2 Giới thiệu tổng quan cơng trình chính, nhà máy Trạm phân phối Đại Ninh .7 1.1.2.1 Tổng quan cơng trình thủy điện Đại Ninh 1.1.2.2 Tuyến đầu mối: .8 1.1.2.3 Tuyến lượng 1.1.2.4 Turbine: 1.1.2.5 Tailrace: 1.1.2.6 Máy phát: 1.1.2.7 Máy biến áp: .9 1.1.2.8 Trạm phân phối: .10 1.1.2.9 Nhà xưởng, nhà văn phòng .10 1.2 Thơng số kỹ thuật nhà máy thủy điện Đại Ninh: 10 1.2.1 Thủy văn: 10 1.2.2 Các đập chính, đập phụ, đập tràn hồ chứa: 11 1.2.2.1 Đập chính: 11 1.2.2.2 Đập phụ: 11 1.2.2.3 Đập tràn: 11 1.2.2.4 Đập tràn cố .11 1.2.2.5 Kênh nối hai hồ: .11 1.2.2.6 Kênh dẫn vào cửa nhận nước: 11 1.2.2.7 Cửa nhận nước: 12 1.2.2.8 Đường hầm dẫn nước: 12 1.2.2.9 Giếng điều áp: 12 1.2.2.10 Đường ống áp lực: 12 1.2.2.11 Nhà máy: 12 1.2.2.12 Hầm xả: 14 1.2.2.13 Kênh xả: .14 1.3 Thị trường điện cạnh tranh Việt Nam 14 1.3.1 Tổng quan .14 1.3.1.1 Mục đích phát triển thị trường điện 14 1.3.1.2 Lộ trình phát triển thị trường điện Việt Nam .14 1.3.1.3 Các cấp độ phát triển thị trường 15 1.3.1.4 Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam 16 1.3.1.5 Hệ thống văn pháp luật liên quan đến thị trường điện 17 1.4 Hệ thống điện Việt Nam khu vực Miền Nam 19 1.4.1 Tổng quan hệ thống điện Việt Nam; 19 1.4.2 Tổng quan hệ thống điện Miền Nam .22 1.4.3 Vị trí vai trị dự án thủy điện Đại Ninh khu vực hội thị trường phát điện cạnh tranh .23 1.5 Kết Luận 23 CHƯƠNG MƠ HÌNH BÀI TỐN LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 24 2.1 Mơ hình nhà máy thủy điện 24 2.2 Mơ hình tốn lập kế hoạch vận hành tối ưu 25 2.2.1 Hàm mục tiêu 25 2.2.2 Các ràng buộc .25 2.2.2.1 Phương trình cân nước hồ chứa 25 2.2.2.2 Giới hạn dung tích hồ chứa 26 2.2.2.3 Giới hạn lưu lượng qua turbine tổ máy 26 2.2.2.4 Ràng buộc giới hạn công suất phát tổ máy 26 2.2.2.5 Đặc tính quan hệ công suất lưu lượng chạy máy 27 2.2.2.6 Ràng buộc lưu lượng chạy máy tối thiểu để đảm bảo nhu cầu nước hạ du theo quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Đồng Nai .27 2.3 Kế hoạch vận hành tối ưu 27 2.3.1 Kế hoạch vận hành tối ưu dài hạn (kế hoạch hàng năm) 28 2.3.2 Kế hoạch vận hành tối ưu ngắn hạn (kế hoạch hàng tuần, ngày) 28 2.4 Kết luận .29 CHƯƠNG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN 30 3.1 Lựa chọn phương pháp giải toán tối ưu 30 3.2 Phương pháp quy hoạch tuyến tính .30 3.2.1 Tổng quan .30 3.2.2 Các thuật toán .31 3.2.2.1 Thuật tốn đơn hình [7] 31 3.2.2.2 Ví dụ sử dụng thuật tốn đơn hình để giải tốn quy hoạch[7] 33 3.3 Ngơn ngữ tính tốn kỹ thuật Matlab 35 3.3.1 Tổng quan .35 3.3.2 Giải tốn quy hoạch tuyến tính phần mềm MATLAB [9] .35 3.3.3 Ví dụ giải tốn quy hoạch tuyến tính phần mềm Matlab 38 3.4 Chương trình tính tốn 39 3.4.1 Thiết lập toán 39 3.4.1.1 Bài toán lập kế hoạch vận hành năm: .39 3.4.1.2 Bài toán lập kế hoạch vận hành tuần: .40 3.4.1.3 Bài toán lập kế hoạch vận hành ngày: 41 3.4.2 Xây dựng thuật tốn chương trình tính tốn 41 3.4.2.1 Thuật tốn chương trình 41 3.4.2.2 Chương trình tính tốn 43 3.5 Kết luận .44 CHƯƠNG ÁP DỤNG TÍNH TOÁN LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH TỐI ƯU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 45 4.1 Tính tốn vận hành tối ưu năm, chu kỳ tính tốn tháng 45 4.1.1 Các liệu toán 45 4.1.1.1 Hàm mục tiêu 45 4.1.1.2 Dữ liệu đầu vào 45 4.1.1.3 Các ràng buộc 47 4.1.1.4 Dữ liệu đầu 49 4.1.2 Áp dụng chương trình kết tính tốn 49 4.1.2.1 Chương trình áp dụng .49 4.1.2.2 Kết tính tốn 50 4.1.2.3 Đánh giá kết tính tốn 54 4.2 Xây dựng chương trình vận hành tối ưu tuần, chu kỳ tính tốn ngày .55 4.2.1 Các liệu toán 55 4.2.1.1 Hàm mục tiêu 55 4.2.1.2 Dữ liệu đầu vào 55 4.2.1.3 Các ràng buộc 56 4.2.1.4 Dữ liệu đầu 58 4.2.2 Áp dụng chương trình kết tính tốn 58 4.2.2.1 Chương trình áp dụng .58 4.2.2.2 Kết tính toán 59 4.2.2.3 Đánh giá kết tính tốn 63 4.3 Xây dựng chương trình vận hành tối ưu ngày, chu kỳ tính tốn 64 4.3.1 Các liệu toán 64 4.3.1.1 Hàm mục tiêu 64 4.3.1.2 Dữ liệu đầu vào 64 4.3.1.3 Các ràng buộc 65 4.3.1.4 Dữ liệu đầu 69 4.3.2 Chương trình áp dụng kết tính tốn 69 4.3.2.1 Chương trình áp dụng .69 4.3.2.2 Kết tính tốn 70 4.3.2.3 Đánh giá kết tính tốn 72 4.4 Đánh giá kết chương trình 73 4.5 Kết luận 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1) P: Công suất tác dụng 2) Q: Lưu lượng 3) V: dung tích hồ chứa 4) T: thời gian 5) h: 6) s: giây 7) MVA: mega vôn Ampe 8) MW: megaWatt 9) kW: kiloWatt 10) kV: kilo vôn 11) A: Ampe 12) m: mét 13) m3: mét khối 14) m3/s: mét khối giây 15) VNĐ: Việt nam đồng 16) km: kilo mét 17) km2: kilo mét vuông 18) mm: milimet 19) A0: Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 20) MBA: Máy biến áp 21) ĐNI: Công ty thủy điện Đại Ninh 22) HTĐ: hệ thống điện 23) EVN: Tập đoàn điện lực Việt Nam 24) TBK: Tua bin khí 25) NMTĐ: nhà máy thủy điện 26) SMO: Đơn vị vận hành hệ thống điện thị trường điện 27) MNGH: Mực nước giới hạn 28) MNDBT: Mực nước dâng bình thường DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Lượng mưa trung bình tháng, năm lượng mưa ngày lớn 1.1 số trạm thời kỳ quan trắc (mm) (Nguồn: Trung tâm dự báo KTTV Trung ương) 1.2 Thông số thủy văn lưu vực hồ chứa Đại Ninh (Nguồn ĐNI) 10 1.3 Thơng số kỹ thuật đập (Nguồn ĐNI) 11 1.4 Thông số kỹ thuật đập phụ hồ chứa 11 4.1 Quan hệ mực nước hồ với diện tích dung tích hồ chứa (Nguồn ĐNI) 45 4.2 Lưu lượng hồ trung bình nhiều năm tháng theo tần suất 65% 46 4.3 Giá điện dự báo thị trường λT 12 tháng năm 47 4.4 Mực nước tối đa hồ chứa tháng 48 4.5 Bảng số liệu yêu cầu nước hạ du 49 4.6 Mực nước tối thiểu tháng 49 4.7 Công suất phát trung bình tháng chu kỳ khảo sát 51 4.8 Sản lượng điện (MWh) tháng năm khảo sát 51 4.9 Lưu lượng chạy máy (m3/s) tháng năm khảo sát 52 4.10 Mực nước dung tích hồ cuối tháng năm khảo sát 53 4.11 Bảng so sánh kết tính toán thực tế vận hành năm 2012 54 4.12 Lưu lượng hồ dự báo tuần 56 4.13 Giá điện dự báo thị trường λT tuần 56 4.14 Bảng số liệu yêu cầu nước hạ du 58 4.15 Cơng suất phát trung bình ngày tuần khảo sát 60 4.16 Sản lượng điện (MWh) ngày tuần khảo sát 60 4.17 Lưu lượng chạy máy (m3/s) ngày tuần khảo sát 61 4.18 Mực nước dung tích hồ cuối ngày tuần khảo sát 62 4.19 Bảng so sánh kết tính toán thực tế 01 tuần 63 4.20 Giá điện dự báo thị trường λT ngày 65 4.21 Thơng số đặc tính phát nhà máy thủy điện Đại Ninh (Nguồn ĐNI) 69 4.22 Công suất phát chu kỳ khảo sát 70 4.23 Doanh thu (Đồng) ngày khảo sát 71 4.24 Bảng so sánh kết tính tốn thực tế 01 ngày 73 DANH MỤC CÁC HÌNH Số Tên hình hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Bản đồ lưu vực sông Đồng Nai (Nguồn: Hội đập lớn phát triển nguồn nước Việt Nam) Các dự án thủy điện lưu vực sông Đồng Nai (Nguồn: Công ty thủy điện Đồng Nai 2014) Sơ đồ mối liên hệ đối tượng tham gia thị trường phát điện cạnh tranh Tỷ trọng cơng suất đặt loại hình sản xuất điện HTĐ Việt Nam (Nguồn A0 2016) Tỷ trọng sở hữu nguồn điện HTĐ Việt Nam (Nguồn: A0 2013) Trang 17 20 21 1.6 Đồ thị tăng trưởng phụ tải qua năm 21 2.1 Mơ hình nhà máy thủy điện 24 3.1 Chương trình giải tốn tối ưu matlab kết 39 3.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình tính toán lập kế hoạch vận hành tối ưu 42 3.3 Giao diện giới thiệu chương trình 43 3.4 Giao diện chương trình 44 4.1 Quan hệ mực nước, diện tích dung tích hồ chứa thủy điện Đại Ninh (Nguồn ĐNI) 46 4.2 Giao diện tính tốn lập kế hoạch vận hành năm 50 4.3 Biểu đồ phân bố công suất tối ưu tháng năm 52 4.4 Biểu đồ điện tháng năm 52 4.5 Biểu đồ lưu lượng chạy máy trung bình năm 53 4.6 Đồ thị diễn biến MNH năm 54 4.7 Giao diện chương trình tính tốn lập kế hoạch tuần 59 4.8 Biểu đồ phân bố công suất tối ưu tuần 60 4.9 Biểu đồ sản lượng tuần 61 4.10 Biểu đồ lưu lượng chạy máy trung bình ngày tuần 62 4.11 Đồ thị diễn biến mực nước hồ tuần 63 4.12 Tuyến tính hóa tường đoạn đặc tính máy phát 67