ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU CĨ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG THỦY ĐIỆN BẬC THANG TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI 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 cơng trình khác Người cam đoan Nguyễn Hữu Có TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG THỦY ĐIỆN BẬC THANG TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI Học viên: Nguyễn Hữu Có Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Khóa:33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN - Tóm tắt - Các cơng trình nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai Đồng Nai nhóm nhà máy lưu vực sông Đồng Nai Việc khai thác tối ưu nguồn nước bậc thang thủy điện dẫn đến khai thác tối ưu sản lượng cho hệ thống Đề tài nghiên cứu lập mơ hình vận hành tối ưu bậc thang thủy điện dịng sơng Thành lập toán vận hành tối ưu cụ thể với thời gian khảo sát ngày, tuần, năm cho Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Đồng Nai 4, dựa mục tiêu cực đại doanh thu Thị trường điện với ràng buộc bảo đảm đặc tính kỹ thuật nhà máy, đặc tính vận hành hồ chứa, lưu lượng tối thiểu mức nước tối thiểu/tối đa theo Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Đồng Nai Giới thiệu phương pháp quy hoạch tuyến tính để giải tốn vận hành tối ưu Sử dụng phần mềm MATLAB xây dựng chương trình tính tốn cho tốn phân bố tối ưu cơng suất cho cụm nhà máy bậc thang thủy điện sông Đồng Nai thị trường điện phát điện cạnh tranh, cụ thể Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Đồng Nai Kết chương trình tính toán thỏa mãn điều kiện ràng buộc toán vận hành tối ưu nhà máy Đồng Nai Đồng Nai 4, có tính ứng dụng thực tiễn việc lập kế hoạch ngắn hạn dài hạn phục vụ cho công tác chào giá hàng ngày thị trường điện Từ khóa – Nhà máy thủy điện; thị trường phát điện cạnh tranh; quy hoạch tuyến tính; ràng buộc; tối ưu OPERATIONAL CALCULATION OF OPTIMAL OPERATIONS FOR THE COASTAL HYDROLOGY SYSTEM IN THE DONG NAI RIVER Abstract - The Dong Nai 2, Dong Nai 3, Dong Nai and Dong Nai hydropower plants are a group of factories in the Dong Nai river The optimal exploitation of water resources on the hydropower step will lead to optimum exploitation of the system Research project to model optimal operation of hydropower ladder on the same river Established the optimal operation problem with the time of day, week, and year for Dong Nai and Dong Nai hydropower plants, based on the maximum revenue target in the electricity market with clear Assuring the plant's technical characteristics, reservoir operation characteristics, minimum flow and minimum / maximum water levels according to inter-reservoir operation procedures in the Dong Nai river basin Introduce linear planning method to solve the optimal operation problem Using MATLAB software to calculate the optimal distribution problem for the hydroelectric ladder of Dong Nai River in the competitive generation market, namely Dong Nai and Dong Nai hydropower plants The results of the calculation program satisfy the constraints of the optimum operation problem of Dong Nai and Dong Nai plants, which have practical application in short-term and long-term planning Daily Deals on the competitive generation market Key words - hydropower plants ; competitive generation market ; condition; linear programming; Optimal MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đặt tên đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẬC THANG THỦY ĐIỆN TRÊN SÔNG ĐỒNG NAI VÀ THỊ TRƯỜNG PHÁT ĐIỆN CẠNH TRANH HIỆN NAY 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ THỦY VĂN LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI 1.1.1 Khái quát đặc điểm địa lý thủy văn 1.1.2 Khí tượng 1.1.3 Thủy văn 1.1.4 Nhiệt độ khơng khí 1.1.5 Độ ẩm 1.1.6 Mưa 1.1.7 Dòng chảy 1.2 TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI VÀ ĐỒNG NAI 46 1.2.1 Tổng quan 1.2.1.1 Nhiệm vụ cơng trình 1.2.1.2 Đặc điểm cơng 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 10 1.2.3 Đặc tính vận hành Turbine 11 1.2.3.1 Đặc tính vận hành turbine Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 11 1.2.3.2 Đặc tính vận hành turbine máy phát NMTĐ Đồng Nai 11 1.3 THỊ TRƯỜNG PHÁT ĐIỆN CẠNH TRANH VIỆT NAM HIỆN NAY 12 1.3.1 Cơ cấu thị trường điện 12 1.3.2 Tăng trưởng công suất, số lượng NMĐ tham gia TTĐ 13 1.3.3 Thống kê, đánh giá ảnh hưởng thông số TTĐ 15 1.3.3.1 Giá trần TTĐ 15 1.3.3.2 Giá điện thị trường SMP .15 1.3.3.3 Giá công suất CAN 16 1.3.3.4 Tỷ lệ cam kết qua hợp đồng (vesting): 17 1.4 KẾT LUẬN 17 CHƯƠNG LẬP MƠ HÌNH VẬN HÀNH TỐI ƯU BẬC THANG THỦY ĐIỆN19 2.1 MƠ HÌNH THỦY ĐIỆN BẬC THANG 19 2.2 MỤC TIÊU XÂY DỰNG BÀI TOÁN 19 2.3 MƠ HÌNH BÀI TOÁN 19 2.3.1 Ký hiệu sử dụng mơ hình tốn 19 2.3.2 Hàm mục tiêu 20 2.3.3 Thời gian khảo sát 20 2.3.4 Các giả thiết xây dựng toán 20 2.3.5 Các ràng buộc 21 2.3.5.1 Đặc tính phát nhà máy 21 2.3.5.2 Phương trình cân nước hồ chứa .23 2.3.5.3 Giới hạn dung tích hồ chứa 24 2.3.5.4 Giới hạn lượng nước qua nhà máy 24 2.3.5.5 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du theo Quy trình liên hồ 25 2.3.5.6 Giới hạn công suất phát nhà máy 25 2.3.5.7 Giới hạn mức nước tối thiểu/tối đa tháng theo Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Đồng Nai 25 2.4 LỰA CHỌN THUẬT TỐN TỐI ƯU HĨA 25 CHƯƠNG GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3, 27 3.1 THÀNH LẬP BÀI TOÁN KẾ HOẠCH NĂM 27 3.2 THÀNH LẬP BÀI TOÁN KẾ HOẠCH TUẦN 28 3.3 THÀNH LẬP BÀI TOÁN KẾ HOẠCH NGÀY 28 3.4 PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH 29 3.4.1 Phương pháp đơn hình 30 3.4.2 Phương pháp điểm 35 3.4.2.1 Xác định hướng giảm 35 3.4.2.2 Thành phần hướng tâm 36 3.4.2.3 Phương pháp chỉnh affine .36 CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN 38 4.1 LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH NĂM 38 4.1.1 Dữ liệu đầu vào 38 4.1.2 Đặc tính thể tích hồ chứa 38 4.1.2.1 Thông số ban đầu hồ chứa .41 4.1.2.2 Lưu lượng nước tự nhiên hồ chứa .41 4.1.2.3 Thông số lưu lượng nhỏ nhất/lớn qua nhà máy .42 4.1.2.4 Thơng số đặc tính phát nhà máy 42 4.1.2.5 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du .43 4.1.2.6 Giới hạn mức nước tối thiểu mức nước tối đa tháng 43 4.1.2.7 Giá điện toán dự báo thị trường 43 4.1.3 Dữ liệu đầu 44 4.2 LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH TUẦN 44 4.2.1 Dữ liệu đầu vào 44 4.2.1.1 Đặc tính thể tích hồ chứa .44 4.2.1.2 Thông số ban đầu hồ chứa 44 4.2.1.3 Lưu lượng nước tự nhiên hồ chứa 44 4.2.1.4 Thông số lưu lượng nhỏ nhất/ lớn qua nhà máy 45 4.2.1.5 Thơng số đặc tính phát nhà máy 45 4.2.1.6 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du 46 4.2.1.7 Giá điện toán dự báo thị trường 46 4.2.2 Dữ liệu đầu 47 4.3 LẬP KẾ HOẠCH VẬN HÀNH NGÀY 47 4.3.1 Dữ liệu đầu vào 47 4.3.1.1 Đặc tính thể tích hồ chứa .47 4.3.1.2 Thông số ban đầu hồ chứa 47 4.3.1.3 Lưu lượng nước tự nhiên hồ chứa 48 4.3.1.4 Thông số lưu lượng nhỏ nhất/ lớn qua nhà máy 49 4.3.1.5 Thơng số đặc tính phát nhà máy 49 4.3.1.6 Lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du 49 4.3.1.7 Giá điện toán dự báo thị trường 50 4.3.2 Dữ liệu đầu 51 4.4 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 51 4.5 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 53 4.5.1 Kế hoạch năm 53 4.5.2 Diễn biến dung tích hồ theo thời gian 55 4.5.3 Kế hoạch tuần 56 4.5.3.1 Kết phân bố tối ưu công suất ngày cho nhà máy trình bày Bảng 4-29 Hình 4-5 56 4.5.3.2 Diễn biến mức nước hồ chứa theo ngày 57 4.5.3.4 Doanh thu ngày nhà máy 58 4.5.4 Kế hoạch ngày 58 4.5.4.1 Kết phân bố tối ưu cơng suất cho nhà máy trình bày Bảng 4-33 Hình 4-8 58 4.5.4.2 Diễn biến mức nước hồ chứa theo 60 4.5.4.4 Doanh thu nhà máy 62 4.6 KẾT LUẬN 63 KẾT LUẬN 64 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 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 TỪ VIẾT TẮT A0 : Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia BCT : Bộ Công Thương ĐN3 : Nhà máy thủy điện Đồng Nai ĐN4 : Nhà máy thủy điện Đồng Nai TTĐ : Thị trường điện DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 Tên bảng Đặc trưng địa lý thủy văn Đặc trung thủy văn trạm lưu vực sông Đồng Nai Thơng số cơng trình sơng Đồng Nai Thông số kỹ thuật Nhà máy Thủy điện Đồng Nai Đồng Nai 3&4 Giá trần TTĐ năm Giá trần TTĐ năm Tỷ lệ cam kết qua hợp đồng Quan hệ mức nước dung tích hồ Đồng Nai nội suy Quan hệ mức nước dung tích hồ Đồng Nai nội suy Thơng số ban đầu hồ chứa Lưu lượng tháng nhà máy (m3/s) Thông số lưu lượng tối thiểu/tối đa qua nhà máy Thơng số đặc tính phát nhà máy Đồng Nai Thơng số đặc tính phát nhà máy Đồng Nai Bảng lưu lượng tối thiểu cấp nước hạ du Mức nước tối thiểu tháng nhà máy (m) Mức nước tối đa tháng nhà máy (m) Giá điện toán năm dự báo Thông số ban đầu hồ chứa Lưu lượng ngày nhà máy (m3/s) Thông số lưu lượng tối thiểu/tối đa qua nhà máy Thông số đặc tính phát nhà máy Đồng Nai Thơng số đặc tính phát nhà máy Đồng Nai Lưu lượng tối thiểu ngày cấp cho hạ du Giá điện toán ngày dự báo Thông số ban đầu hồ chứa Lưu lượng ngày nhà máy (m3/s) Thông số lưu lượng tối thiểu/tối đa qua nhà máy Thông số đặc tính phát nhà máy Đồng Nai Thơng số đặc tính phát nhà máy Đồng Nai Giá điện toán ngày dự báo Phân bố tối ưu công suất tháng cho nhà máy (MW) Diễn biến mức nước tháng hồ chứa (m) Diễn biến dung tích hồ chứa (106 m3) Doanh thu tháng nhà máy (triệu đồng) Trang 5 15 16 17 39 40 41 41 42 42 42 43 43 43 43 44 45 45 46 46 46 47 48 48 49 49 49 50 53 54 55 56 Số hiệu 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 4.35 4.36 Tên bảng Phân bố tối ưu công suất tuần cho nhà máy (MW) Diễn biến mức nước ngày hồ chứa (m) Diễn biến dung tích hồ chứa (106 m3) Doanh thu ngày nhà máy (triệu đồng) Phân bố tối ưu công suất cho nhà máy (MW) Diễn biến mức nước hồ chứa (m) Diễn biến dung tích hồ chứa (106 m3) Doanh thu nhà máy (triệu đồng) Trang 56 57 58 58 58 60 61 62