CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU VAN HANH BAC THANG HO CHỨA VA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 1.1 Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa trên th gì Hồ chứa phát điện đồng một vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng và đảm bio cung cấp năng lượng liên te, không bị gián đoạn trong hệ thống điện của các quốc gia. Việc khai thác vận hành hỗ chứa và bậc thang hồ chứa phát điện luôn là vẫn phúc tạp rong kỹ thuật điều tiết vận hành phối hợp các hồ chứa trong cùng một hệ thông. Hệ thống hồ chứa có thể bao gi hai hoặc nhiều hơn hai hỗ chứa, có thể là dạng bậc thang nối tiếp hoặc cũng có thé là dang bậc thang song song kết hợp nổi tiếp nhỉ hồ. Nghiên cứu vận bảnh hệ thẳng hỗ chứa đã được các nhà khoa học, các cơ quan quản lý khai thác lưu vục sông trên thể giới đầu tư nghiên cứu từ giữa thé ky XX.
Tuy quá trình nghiên cứu lâu đãi và được đầu tw khá công phu, nhưng cho đến nay vin chưa có công cụ và phương pháp chung cho các hệ thống. Mỗi hệ thống sông, lưu vực có đặc điểm vận hành khác nhau, nên phải sử dụng một phương pháp và công cụ riêng khi mục tiêu vận hành hoặc điều kiện vận hành thay đổi. Sau đây điểm lại một số phương. pháp và kết quả nỗi bật 1.1 Các bước xây dựng mô hình toán học Do tinh chất ngẫu nhiên của dòng chảy, sự đa dạng và phúc tạp của địn hình lòng hỗ và phải thỏa mãn tốt nhất nhiều mục tiêu đồng thời, nên công cụ được sử dụng có hiệu.
{qua nhất để tính toán tối uu cho hồ chứa là mô hình toán. Mô hình toán học được xây dựng qua các bước sau: - Xây dưng mô hình định tinh cho vn để thực Ế, tức là xác định các y tổ có ý nghĩa ‘quan trọng nhất và xác lập các quy luật ma chúng phải tuân theo, Hay nói một cách kh là phát biểu môhình bằng lồi và bằng biểu đồ với các điều kiện về kính tế - kỹ thuật, tự nhiên, xã hội và các mục tiêu cần đạt được. + Xây đựng mô hình toán cho vin đề đang xét túc là diễn tả lại dưới dạng ngôn ngữ toán học cho mô hình định tinh. Mô hình toán học thiết lập mới liên hệ giữa các biến số và các hệ số điều khiển hiện tượng.
- Sử dung các công cụ toán học để khảo sát và giải quyết bai toán, căn cứ vào mô hình.đã xây dựng cin phải chọn hoặc xây dựng phương pháp giải cho phủ hợp. Sau đỏ cụ thé hóa bằng các thuật toán tối ưu. ~ Phân tích va kiểm định lại các kết qua đạt được.2 Các nghiên cửu tối tr và mô hình hóa hệ thẳng hỏ chứa Đối với các hệ thông hồ chứa lớn, phúc tạp, hầu như không thé mô phỏng bằng mô hình vật lý với các kích thước thực. Mô hình toán học với các đối tượng có diy đủ đặc điểm như một hỗ chứa phát điện thường được lựa chọn.
Các mô hình toán có thể cung cấp chỉ iết các diễn bién vận hành và các yêu cu tính toán từ đơn giản đến phúc tap. Marino và Behzad Mohammadi (1984) [3] dựa trên cơ sở mô hình vận hành hang tháng của Becker và Yeh là tối đa hóa công suất phát từ hệ thống liên hồ chứa, sau đỗ tiếp tục mở rộng ra cho phép tối đa hóa lượng nước cung cấp cho công nghiệp, sinh hoạt và sản xuất điện năng tong hệ thống. Mô hình được tổ hợp giữa quy hoạch tuyến tính (QHTT) và quy hoạch động (QHD) sử dụng để tối ưu trên toàn miễn. Ap ‘dung mô hình tinh cho hồ chứa Shasta ở California Central Valley Project.
Hiệu quả của thuật toán là giảm thời gian tinh toán và các yêu cầu lưa tet, cho phép sử dụng máy tính nhỏ inh toán. Chaweng Changchit vàM. Terell (1993) [4] đã nghiên cứu mô hình vận hành hỗ chứa da mục tiêu với đồng chảy đến ngẫu nhiên. Bài toán bao gdm Gm kiểm lượng xả thích hợp ừ sự thay đổi của các hỗ chứa trong hệ thống nhằm thỏa mãn nhiều mục tiêu khác nhau.
Các mục tiêu này bao gồm cấp nước cho thành phố và khu công nghiệp, cấp nước hạ ưa, phòng lũ, phát điện, giả trí và các mục khác, Tác giả đã trình bay mô hình toán, phân ảnh ba đặc trưng quan trong của vin đ là da mục tiêu, dong chy ngẫu nhiên và hệ thống quy mô lớn. Mô hình ứng dung quy hoạch mục tiêu để giải và đã ứng dụng mô hình này cho hệ thing ba hồ chứa Oklahoma, Hoa Kỳ Dai T.W (2001) [5] ngi dong chay mang lưới song MODSIM được mở rộng dé trực tiếp kết hop các ring buộc về nông độ các thành phần. chit lượng nước. Mô hình mở rộng MODSIMQ được liên kết với mô hình chất lượng nước đồng chiy QUAL2E của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỹ và một mô hình đánh giá chất lượng của dòng chảy sau tưới (irrigation return flows).
Một hàm lặp lại dđựa trên thuật toán lập trình phi tuyến Frank-Wolfe liên kết MODSIMQ và các mô Hình chất lượng nước để đảm bảo hội tụ với các thỏa mãn mu tiên về nước, trong khi cổ duy tử các yêu cầu chất lượng nước tối thiểu. Ding chảy sau tưới, kênh thắm, thắm qua hỗ chứa, thắm sâu, va sông do bơm nước ngầm được mô hình hóa bằng cách sử đụng các yếu tổ suy giãm đồng từ Khảo sit Dia chất Hoa Kỷ. Ap dụng MODSIMQ vào lưu vực sông Arkansas ở Colorado, mô hình được đánh giá cao khi thỏa mãn các vấn dé pháp lý và hành chính theo luật nước Colorado và sông nhỏ Arkansas, bao gm nhiều co chế quản lý trao đổi việc sử dụng các hd chứa điều hỏa (offstream reservoirs) trong lưu vực. Các hiệu chuẳn mô hình được tiền hành cho khu vực nghiên cứu trường hợp xác nhận ring MODSIMO tải ạo hợp lý cả lưu lượng lịch sử và độ mặn trong giai đoạn hiệu chuẩn.
Kết quả từ các kịch bản quản lý khác nhau cho thấy việc sử dụng kết hợp thích hợp của bề mặt và nước n; thể đồng thời đáp ứng nhu. cầu nước cho người dùng trong khi tăng cường kiểm soát sự xâm nhập mặn. Huang và nnk, (2002) [6] trình bay mô hình QHD ngẫu nhiên dựa trên giải thuật gen để giải quyết để ki i lượng tính toán lớn cho HTHC. Trường hợp nghiên cứu là vân hành dài hạn kết hợp của hai hỗ chứa song song ở Đài Loan.
Nghiên cứu kết luận ng giải thuật gen khá hữu dụng hỗ trợ tối ưu hóa, và mô hình QHD ngẫu nhiên dựa trên giải thuật gen có thé khắc phục được khối lượng toán lớn trong việc tìm kiếm. Haddad và nnk, (2006) [7] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp tối ưu HBMO (Honey Bee Mating Optimization ~ tối wu kết hợp kiểu đàn ong) trong xây dựng quy trình vận hành hệ thông hỗ chứa thuỷ điện. Thuật toán HBMO là một sơ đồ thực tẾ ‘gilta quá trình tích hợp và các công thức toán học. Khả năng áp dụng và hiệu quả của thuật toán HBMO trong linh vie quy hoạch và quản ý tải nguyên nước đã được thử nghiệm rong tối ưu hoá hoạt động của các hỗ chứa đơn hay hệ thống hỒ chứa.
Kết quả 10 nghiên cứu chỉ ra ring phương pháp HBMO cho kết quả khả thi và đáng tin cây, hiện vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát trién trong việc tối ưu hoá hoạt động của hồ “chứa thu điện. Kumar (2007) |8] đã sử dạng thuật toán tối ưu SWARM vào nghiên cứu vận hành hệ thống liên hồ chứa gồm 4 hỗ mà trước đây Larson đã sử dụng QHD dé giải quyết. Hai nhà Thủy văn Kumar và Singh cũng đã áp dụng các thuật toin GA - giải thuật gen. Tiếp đó Giáo sư Kumar lại thử nghiệm áp dụng cho hệ thống hỗ chứa Bhadra của An Độ.
Kết qui cho thấy thuật toán ối ưu SWARM có khá năng áp dụng rit tt vào gii “quyết bai toán vận hành liên hồ chứa. (2008) [9] đã nghiên cứu áp đụng mạng tr tuệ nhận ạo tiến hóa (ENNIS) vào vận hình hỗ chứa Shibmen ở Đài Loan với Š biển ra quyết định. Kết quả đạt được cho thấy mạng ENNIS sử dụng cho việc vận hành hồ chứa Shihmen này. có nhiều thuận lợi hơn nhi xi có ít thông sổ, dễ đăng xử lý các biển điều khiển, dễ Kết hợp giữamô hình van hành với các mô hình dự báo đồng chảy đến, Kết quả nghiên cứu cũng chi raring mạng ENNIS hoàn toàn cỏ khả năng kiểm soát nhiều biển để đưa ra các quyết định hợp Lý khi vận hành hỖ chứa đa mục tiêu.
Afzali và nnk, (2008) [10] đã nghiên cứu vận hành phối hợp hệ thống hỗ thủy điện Khersan, iran bằng việc kết hợp mô hình mô phỏng và thuật toán tối ưu với ham mục. tiêu là tổng sản lượng điện của hệ thống 4 hồ. C tác giả đã áp dụng QHTT cho riêng timg hi và cho cả 4 hỗ để so sinh, Kết quả đạt được cho thấy nếu phối hợp vận hành hệ thông 4 hỗ chứa theo ham mục tiêu để ra sẽ cho sản lượng điện cao hơn khoảng, so với tổng sin lượng điện của 4 hồ khi vận hành riêng rễ. Daniel De Ladurantaye (2009) [11] đã nghiên cứu về Tối ưu hóa lợi nhuận từ vận hành thủy điện.
Nghi cứu đã trình bày một mô hình toán học kết hợp xác định và ngã nhiên để i đa hóa lợi nhuận thu được bằng cách bán sản lượng điện thông qua các dap và hỗ chứa bậc thang tại một thị trưởng giao ngay (trả tiền ngay). Mô hình đầu dựa trên gi điện xác định trong khi mô hình khác ích hợp ngẫu nhiên thông qua việc quản lý một cây các kịch bản giá tiém năng. Những kết quả bằng số dựa tên dữ liệu lịch sử chứng minh tính ưu việt của mô hình ngẫu nhiễn trên mô hình xác định. " Né cũng cho thấy rằng biển động giá ảnh hưởng đến lợi nhuận thu được từ mô hình ngẫu nhiên D.
Kumar và nnk, (2010) [12] đã nghiên cứu sử dung phương pháp QUB gap khúc. Nghiên đã chỉ raring phương phip FDP không chỉ cỏ thể áp dụng cho đơn mã còn có thể 4p dung cho hệ thống hồ chứa chống lũ và đã xây dựng quỹ đạo vận hành tôi ưu cho hỗ chứa Hữnkud. Raje và Majumdar (2010) [13] đã nghiên cứu tác động của biển đổi khí hậu trong việc dua ra các chính sách vận hành tối ưu bằng cách sử đụng SDP (thuật toán QHD ngẫu. nhiên) cho hồ chứa Hirakud ở Ấn Độ với mục tiê tối da hóa độ tn cậy với nhiều mục tiêu, gồm: thủy điện, thủy lợi và kiểm soát dòng chảy.