Ứng dụng phương pháp quy hoạch động hai chiều, xác định chế độ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa bậc thang phát điện

øng dông ph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng hai chiÒu<br /> x¸c ®Þnh chÕ ®é vËn hµnh tèi ­u hÖ thèng hå chøa bËc thang ph¸t ®iÖn<br /> GS.TS Hµ V¨n Khèi , KS. Lª B¶o Trung - Tr­êng §¹i häc Thuû lîi<br /> <br /> <br /> Tãm t¾t: T¸c gi¶ nghiªn cøu viÖc øng dông ph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng hai chiÒu gi¶i bµi<br /> to¸n tèi ­u cho hÖ thèng hå chøa ph¸t ®iÖn. §©y lµ mét vÊn ®Ò cÇn ®­îc nghiªn cøu øng dông<br /> trong thùc tÕ s¶n suÊt.<br /> Sau khi ®· x¸c lËp ®­îc ph­¬ng ph¸p gi¶i, c¸c t¸c gi¶ ®· x©y dùng mét ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n<br /> ®­îc viÕt trªn m«i tr­êng VC++ 6.0 ®Ó gi¶i bµi to¸n tèi ­u. Ch­¬ng tr×nh tÝnh bao gåm c¸c c¸c<br /> khèi chÝnh nh­ sau:<br />  Ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n thuû n¨ng cho hÖ thèng hå bËc thang cã xÐt ®Õn quan hÖ c©n b»ng<br /> n­íc vµ quan hÖ thuû lùc<br />  Ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc sö dông trong tÝnh to¸n c©n b»ng vµ kiÓm tra ®iÒu<br /> kiÖn chuyÓn tr¹ng th¸i theo kh«ng gian vµ thêi gian.<br />  Ch­¬ng tr×nh gi¶i bµi to¸n tèi ­u theo thuËt to¸n quy ho¹ch ®éng hai chiÒu.<br />  C¸c ch­¬ng tr×nh phô trî.<br />  Ch­¬ng tr×nh ®­îc viÕt cho bµi to¸n tæng qu¸t vµ ®· thö nghiÖm cho hÖ thèng 3 hå chøa<br /> tªn bËc thang s«ng §µ./.<br /> <br /> <br /> 1. §Æt vÊn ®Ò<br /> Ph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng (Dynamic Programming - DP) do Bellman ®Ò xuÊt n¨m 1957<br /> ®· ®­îc øng dông trong qu¶n lý vµ vËn hµnh tèi ­u ë nhiÒu ngµnh kü thuËt kh¸c nhau. Giles vµ<br /> Wunderwich (1981) lÇn ®Çu tiªn øng dông vµo thùc tÕ gi¶i thuËt quy ho¹ch ®éng xÊp xØ liªn<br /> tôc t¨ng (IDPSA) ë hÖ thèng hå chøa thuéc vïng l·nh thæ thung lòng s«ng Tenessee (Tenessee<br /> Valley Authority – TVA) ë Hoa Kú. N¨m 1992 Simonovic ®­a ra c¸ch thøc m« pháng vµ tèi<br /> ­u ho¸ vËn hµnh mét hÖ thèng hå chøa.<br /> HiÖn t¹i vµ trong t­¬ng lai kh«ng xa vÊn ®Ò ¸p dông c¸c ph­¬ng ph¸p tèi ­u ho¸ trong ®iÒu<br /> hµnh hÖ thèng hå chøa bËc thang ph¸t ®iÖn lµ yªu cÇu cÊp b¸ch cña thùc tÕ s¶n xuÊt.<br /> 2. §Æt bµi to¸n<br /> Khi vËn hµnh hÖ thèng hå chøa ph¸t ®iÖn th­êng ph¶i gi¶i quyÕt bµi to¸n vÒ chÕ®é lµm viÖc<br /> tèi ­u cña hÖ thèng bËc thang ph¸t ®iÖn. Mét trong nh÷ng bµi to¸n tèi ­u ®­îc ®Æt ra nh­ sau:<br /> Cho hÖ thèng hå chøa bËc thang ph¸t ®iÖn gåm k hå cïng c¸c ®Æc tr­ng cña tõng hå chøa<br /> trong hÖ thèng. Cho ®­êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y ®Õn ®­îc dù b¸o cho tõng hå Qj(t). T×m qu¸<br /> tr×nh vËn hµnh c¸c hå chøa trong hÖ thèng q j(t) ®Ó ®iÖn n¨ng thu ®­îc sau mét thêi gian vËn<br /> hµnh ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt.<br /> NghiÖm cña bµi to¸n ®­îc ®Æt ra lµ c¬ së cho viÖc lËp kÕ ho¹ch sö dông n­íc hîp lý cña hå<br /> chøa khi chóng tham gia cung cÊp ®iÖn cho hÖ thèng ®iÖn quèc gia.<br /> Trong tµi liÖu nµy chóng tèi chØ tr×nh bµy viÖc ¸p dông ph­¬ng ph¸p tèi ­u ho¸ cho bµi to¸n<br /> ®iÒu tiÕt ph¸t ®iÖn cña hÖ thèng hå chøa bËc thang ®éc lËp. Bµi to¸n ®­îc ®Æt ra chØ lµ mét bµi<br /> to¸n con vµ lµ c¬ së thiÕt lËp bµi to¸n tèi ­u cho hÖ thèng ®iÖn.<br /> Hµm môc tiªu ®èi víi bµi to¸n ®­îc m« t¶ nh­ sau:<br /> <br /> <br /> <br /> 1<br />  T k j<br /> E (T )    N ( t ).dt  max ( 1)<br /> 0 j 1<br /> <br /> Víi:<br /> - qjtuabin lµ l­u l­îng x¶ ch¶y qua tua bin cña nhµ m¸y thuû ®iÖn thuéc hå thø j<br /> - qjx¶ lµ l­u l­îng x¶ thõa qua trµn cña hå chøa thø j<br /> - E(T) lµ hµm tæng ®iÖn n¨ng ®­îc phô thuéc vµo thêi ®o¹n T. Hµm E(T) ®­îc gäi lµ<br /> hµm môc tiªu cña bµi to¸n tèi ­u.<br /> - k : Sè hå chøa trong hÖ thèng, j lµ chØ sè hå chøa ®­îc ®¸nh sã tõ trªn xuèng d­íi.<br /> - N j(t): C«ng suÊt cña hå chøa thø j t¹i thêi ®iÓm t<br /> - T: Thêi gian vËn hµnh hÖ thèng.<br /> C¸c ®iÒu kiÖn rµng buéc d­íi d¹ng sau:<br /> Hcj  Zj  HBTj (2)<br /> q j min  q j  q j max ( 3)<br /> Trong ®ã quan hÖ<br /> q j  qtuabin<br /> j<br />  qxaj ( 4)<br /> Hj = Zj th­îng - Zj h¹ (5)<br /> j<br /> - q min lµ ®iÒu kiÖn l­u l­îng nhá nhÊt ph¶i x¶ vÒ h¹ l­u cña hå chøa thø j. Nã phô<br /> thuéc vµo c¸c yÕu tè nh­: rµng buéc vÒ kü thuËt cña tr¹m thuû ®iÖn, yªu cÇu ph¸t ®iÖn tèi<br /> thiÓu cña tr¹m thuû ®iÖn vµ yªu cÇu cÊp n­íc cho h¹ du.<br /> - qj max lµ ®iÒu kiÖn l­u l­îng x¶ lín nhÊt cho phÐp h¹ l­u cña hå chøa thø j trong hÖ<br /> thèng, phô thuéc vµo kh¶ n¨ng x¶ qua tr¹m thuû ®iÖn, x¶ qua trµn v..v.<br /> - HC vµ HBT t­¬ng øng lµ mùc n­íc chÕt vµ mùc n­íc d©ng b×nh th­êng<br /> - Hj lµ chªnh lÖch cét n­íc t¹i hå thø j, b»ng hiÖu sè mùc n­íc th­îng h¹ l­u ®­îc chia<br /> thµnh 2 tr­êng hîp:<br />  Tr­êng hîp ngËp ch©n th× mùc n­íc h¹ l­u chÝnh lµ mùc n­íc cña hå d­íi<br />  Tr­êng hîp kh«ng ngËp ch©n chÝnh lµ ùc n­íc h¹ l­u tr­îc tra theo ®­êng<br /> H~Q h¹ l­u. Trong tr­êng hîp nµy mùc n­íc h¹ l­u chØ phô thuéc vµo l­u<br /> l­îng ch¶y xuèng h¹ l­u mµ kh«ng phô thuéc vµo chÕ ®é ®iÒu tiÕt cña hå d­íi<br /> NÕu chia kho¶ng n thêi ®o¹n th× biÓu thøc (1) cã thÓ viÕt d­íi d¹ng sai ph©n:<br /> n k<br /> E (T )   N ij t  max (6)<br /> i 1 j 1<br /> <br /> Bµi to¸n víi hµm môc tiªu d¹ng (6) lµ bµi to¸n kh«ng gian hai chiÒu: chiÒu thêi gian vµ<br /> chiÒu kh«ng gian.<br /> Khi gi¶i bµi to¸n tèi ­u d¹ng rêi r¹c (6) cÇn ph¶i tÝnh to¸n x¸c ®Þnh gi¸ trÞ hµm môc<br /> tiªu E(T), thùc chÊt lµ x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ N ij . Do tån t¹i c¸c quan hÖ vÒ mÆt thuû v¨n, thuû<br /> lîi vµ thuû lùc nªn viÖc x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ hµm môc tiªu E(T) ®èi víi hÖ thèng bËc thang cÇn<br /> ®­îc xem xÐt xÐt trong mèi quan hÖ vÒ c©n b»ng n­íc, mèi quan hÖ thuû lùc gi÷a c¸c hå trong<br /> hÖ thèng. Mçi gi¸ trÞ c«ng suÊt vÒ tæng qu¸t cã thÓ viÕt d­íi d¹ng quan hÖ:<br /> <br /> <br /> <br /> 2<br /> N ij = f( q1i , q i2 ,...q ij ,...q ik ; Vi1 ,Vi 2 ,...Vi j ,...Vi k ; Q i1 , Qi2 ,...Qij ,...Qik , lo¹i tuyecbin) (7)<br /> Trong ®ã:<br />  q 1i , q i2 ,...q ij ,...q ik lµ l­u l­îng x¶ xuèng h¹ du cña c¸c hå 1, 2, .., j, .., k t¹i thêi ®o¹n i<br /> <br />  Vi1 ,Vi 2 ,...Vi j ,...Vi k lµ dung tÝch cña c¸c hå 1, 2, .., j, .., k t¹i thêi ®o¹n i<br /> <br />  Q i1 , Q i2 ,...Q ij ,...Q ik lµ l­u l­îng nhËp l­u khu gi÷a cña c¸c hå 1, 2, .., j, .., k t¹i thêi<br /> ®o¹n i<br /> C¸c gi¸ trÞ l­u l­îng x¶ q1i , q i2 ,...q ij ,...q ik ®­îc x¸c ®Þnh khi biÕt tr­íc c¸c dung tÝch hå chøa ë<br /> cuèi thêi ®o¹n tr­íc ®ã lµ Vi11 ,Vi 21 ,...V i j 1 ,...Vi k1 vµ c¸c l­u l­îng ®Õn hå Q i1 , Qi2 ,...Qij ,...Qik .<br /> <br /> Gi¸ trÞ cña N ij ®­îc t×m nhê ®­êng cong ®Æc tÝnh tuyªcbin. Trong tr­êng hîp gi¶n ho¸ cã<br /> thÓ tÝnh theo c«ng thøc:<br /> N ij = K q ij  Hj (8)<br /> <br /> C¸c gi¸ trÞ Vi1 ,Vi 2 ,...Vi j ,...Vi k kh«ng ph¶i lµ biÕn ®éc lËp mµ lµ c¸c gi¸ trÞ phô thuéc<br /> lÉn nhau th«ng qua c¸c gi¸ trÞ l­u l­îng x¶ q 1i , q i2 ,...q ij ,...q ik . Tõ c«ng thøc tÝnh to¸n c«ng suÊt<br /> viÕt d­íi d¹ng (7), do tån t¹i c¸c quan hÖ vÒ c©n b»ng n­íc, quan hÖ thuû lùc dÉn ®Õn mèi<br /> quan hÖ lÉn nhau cña c¸c dung tÝch hå chøa, viÖc tÝnh to¸n thuû n¨ng cho hÖ thèng hå chøa<br /> bËc thang cÇn ®­îc tiÕn hµnh trªn c¬ së ph©n tÝch c¸c mèi quan hÖ trªn.<br /> 3. Lêi gi¶i tèi ­u:<br /> Ph­¬ng ¸n tèi ­u cña bµi to¸n (6) bao gåm:<br />  Gi¸ trÞ tèi ­u cña hµm môc tiªu E*(T)<br />  C¸c gi¸ trÞ tèi ­u cña c¸c biÕn, t­¬ng øng víi gi¸ trÞ tèi ­u cña hµm mùc tiªu E*(T) lµ:<br /> - Qu¸ tr×nh l­u l­îng lÊy qua c¸c tr¹m thuû ®iÖn:<br /> q = ( q , q ,..., q ,..., q ik  ); víi i=1, 2,..., n<br /> * 1<br /> i<br /> 2<br /> i i<br /> j<br /> (9)<br /> - Qu¸ tr×nh c«ng suÊt tèi ­u cña c¸c tr¹m thuû ®iÖn trong hÖ thèng:<br /> N*=( N i1 , N i2 ,..., N ij ,..., N ik  ); víi i=1, 2,..., n (10)<br /> - Qu¸ tr×nh thay ®æi dung tÝch c¸c hå chøa trong hÖ thèng:<br /> V*=( Vi1 ,Vi 2 ,..., Vi j  ,..., V i k  ); víi i=1, 2,..., n (11)<br /> hoÆc mùc n­íc:<br /> Z*= ( Z i1 , Z i2 ,..., Z ij ,..., Z ik  ) víi i=1, 2,..., n (12)<br /> 4. Kh«ng gian tr¹ng th¸i khi gi¶i bµi to¸n tèi ­u<br /> Khi gi¶i bµi to¸n tèi ­u d¹ng (6) thay v× sö dông biÕn sè l­u l­îng qua nhµ m¸y lµ q ij<br /> cã thÓ sö dông biÕn V i j ®­îc viÕt d­íi d¹ng ma trËn cì nk :<br /> Ti ,1  (V i1,1 Vi 2,1 V i3,1 .. V i ,j1 .. V i k,1 )<br /> Ti , 2  (V i1, 2 V i 2, 2 Vi3, 2 .. Vi ,j2 .. V i k, 2 )<br /> .......................................................... (13)<br /> <br /> <br /> 3<br />  Ti ,r  (Vi1,r Vi 2,r Vi3,r .. Vi ,jr .. Vi k,r )<br /> ......................................................<br /> Ti ,m  (Vi1,m Vi 2,m Vi3,m .. Vi ,jm .. Vi k,m )<br /> <br /> Mçi vect¬ T ®­îc gäi lµ vect¬ tr¹ng th¸i, c¸c gi¸ trÞ V i j lµ biÕn tr¹ng th¸i. C¸c gi¸ trÞ<br /> cña c¸c biÕn trong c«ng thøc (13) cã quan hÖ t­¬ng t¸c víi nhau do c¸c hå chøa trong hÖ<br /> thèng tån t¹i quan hÖ thuû v¨n vµ thuû lùc. C¸c tËp Ti , (i=1,2,...,n) lµ tr¹ng th¸i hÖ thèng hå<br /> chøa t¹i c¸c thêi ®o¹n tÝnh to¸n thø i. Ta cã ma trËn hµng c¸c tËp hîp biÕn tr¹ng th¸i:<br /> T = (T1, T2, ..., Ti, ..., Tn) (14)<br /> Mçi tr¹ng th¸i Ti lµ tËp c¸c tr¹ng th¸i V i j c¸c dung tÝch hå chøa t¹i thêi ®o¹n thø i cã<br /> quan hÖ c©n b»ng n­íc theo chiÒu kh«ng gian, tøc lµ tr¹ng th¸i dung tÝch cña hå chøa thø j<br /> phô thuéc vµo tr¹ng th¸i hå chøa trªn nã lµ j-1. TËp tr¹ng th¸i T lµ tËp c¸c biÕn tr¹ng th¸i hÖ<br /> thèng hå chøa cã quan hÖ c©n b»ng n­íc theo chiÒu thêi gian, tøc lµ tr¹ng th¸i hÖ thèng ë thêi<br /> ®o¹n thø i phô thuéc vµo tr¹ng th¸i hÖ thèng hå chøa ë thêi ®o¹n tr­íc ®ã i-1.<br /> Khi gi¶i bµi to¸n tèi ­u d¹ng (6) cÇn gi¶i quyÕt 3 bµi to¸n con lµ:<br /> 1. TÝnh to¸n thuû n¨ng cho hÖ thèng hå chøa theo quan hÖ thuû v¨n thuû lùc gi÷a c¸c hå.<br /> 2. TÝnh to¸n c©n b»ng n­íc vµ kiÓm tra ®iÒu kiÖn c©n b»ng n­íc khi ®­a tr¹ng th¸i hÖ thèng<br /> hå chøa tõ tr¹ng th¸i Ti-1 ë thêi ®o¹n thø i-1 ®Õn tr¹ng th¸i bÊt kú Ti ë thêi ®o¹n thø i víi<br /> quan hÖ c©n b»ng n­íc theo chiÒu thêi gian.<br /> 3. ThuËt to¸n gi¶i bµi to¸n tèi ­u d¹ng (6).<br /> 5. Gi¶i bµi to¸n theoph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng hai chiÒu<br /> 5.1. M« t¶ bµi to¸n tèi ­u theo ph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng<br /> Gi¶ sö ta ph¶i vËn hµnh hÖ thèng hå chøa ph¸t ®iÖn trong kho¶ng thêi gian mïa kiÖt tõ<br /> thêi ®iÓm ban ®Çu t0 ®Õn thêi ®iÓm cuèi tn . CÇn x¸c ®Þnh qu¸ tr×nh lÊy n­íc qua nhµ m¸y sao<br /> cho tæng n¨ng l­îng ®iÖn nhËn ®­îc trong thêi gian vËn hµnh T=tn-t0 ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt.<br /> T1,4 Tn,4<br /> T2,4 Ti,4<br /> <br /> T1,3 T2,3 Ti,3 Tn,3<br /> <br /> T1,2 T2,2 Tn,2<br /> Ti,2<br /> T0 T1,1 T2,1<br /> Ti,1 Tn,1<br /> <br /> 1 2 ............................ n-2 n-1 n<br /> B­íc<br /> Quü ®¹o tèi ­u thay ®æi tr¹ng th¸i dung tÝch hÖ thèng hå chøa theo thêi gian<br /> <br /> <br /> H×nh 1<br /> <br /> <br /> Gi¶ sö ta chia kho¶ng thêi gian trªn thµnh n thêi ®o¹n, mçi thêi ®o¹n cã ®é dµi t­¬ng<br /> øng lµ t. Gi¶ sö t¹i mçi thêi ®o¹n tÝnh to¸n ta chia giíi h¹n thay ®æi dung tÝch hå chøa ra m<br /> møc cã thÓ (h×nh 1víi m=4). Giíi h¹n thay ®æi cña dung tÝch hå chøa ë mçi thêi ®o¹n lµ “giíi<br /> h¹n ®éng”, phô thuéc vµo dung tÝch ë cuèi thêi ®o¹n tr­íc nã .<br /> <br /> <br /> 4<br />  Ký hiÖu i lµ biÕn thêi gian (i=1, 2, ..,..n; k lµ biÕn tr¹ng th¸i dung tÝch (k=1, 2, .., m),<br /> khi ®ã dung tÝch hå chøa t¹i thêi ®iÓm thø i ë møc thø k sÏ lµ Ti,k. Gäi T0 lµ tr¹ng th¸i ban ®Çu<br /> cña hÖ thèng hå chøa; Tn,k lµ tr¹ng th¸i cña hå chøa ë thêi ®o¹n cuèi cïng tn víi k lµ bÊt kú<br /> trong sè m tr¹ng th¸i cã thÓ cña nã: k=1, .. , m. CÇn t×m qu¸ tr×nh tÝch n­íc vµo hå (qu¸ tr×nh<br /> thay ®æi dung tÝch) tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu T0 ®Õn tr¹ng th¸i cuèi cïng Tn,k sao cho tæng n¨ng<br /> luîng ®iÖn nhËn ®­îc lµ cùc ®¹i.<br /> Trªn h×nh 1 mçi tr¹ng th¸i Ti ë b­íc thø i lµ tËp c¸c gi¸ trÞ cã thÓ cña dung tÝch c¸c hå<br /> chøa trªn hÖ thèng. Ch¼ng h¹n víi møc chia r=1, 2,..,m, tr¹ng th¸i Ti lµ tËp hîp c¸c tr­êng hîp<br /> sa®­îc m« t¶ trong c«ng thøc (13).<br /> Gäi Z (Tn,k,,T0) lµ n¨ng l­îng ®iÖn nhËn ®­îc trong qu¸ tr×nh vËn hµnh hÖ thèng hå tõ<br /> tr¹ng th¸i ban ®Çu T0 ®Õn tr¹ng th¸i cuèi cïng lµ Tn,k. CÇn t×m quü qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng th¸i<br /> dung tÝch cña hÖ thèng hå tõ T0  Tn,k víi k lµ tr¹ng th¸i bÊt kú t¹i thêi ®iÓm cuèi, sao cho<br /> tæng n¨ng l­îng:<br /> E = E (Tn,k , T0)  max (16)<br /> 6.2. Ph­¬ng ph¸p gi¶i<br /> a. B­íc tÝnh xu«i<br /> Tr­íc tiªn ta xem xÐt n¨ng l­îng ®iÖn nhËn ®­îc khi ®­a hÖ thèng hå chøa tõ tr¹ng<br /> th¸i ban ®Çu T0 ®Õn tr¹ng th¸i bÊt kú cña nã ë thêi ®o¹n thø nhÊt (i =1). T¹i thêi ®o¹n thø<br /> nhÊt, tr¹ng th¸i hÖ thèng hå cã thÓ ë møc bÊt kú T1,k. N¨ng l­îng diÖn ®¹t ®­îc khi dung tÝch<br /> hå chøa tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu T0 tÝch ®Õn tr¹ng th¸i bÊt kú T1,k lµ : E1(T1,k,T0), víi k=1, 2, ..,<br /> m. ë thêi ®o¹n ®Çu tiªn, ta ch­a t×m tr¹ng th¸i tèi ­u.<br /> Sang thêi ®o¹n thø hai, hÖ thèng hå cã thÓ ®¹t tr¹ng th¸i bÊt kú T2,k. Cã m phu¬ng ¸n<br /> ®­a tr¹ng th¹i hÖ thèng hå tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu T0 qua c¸c møc bÊt kú ë thêi ®o¹n i = 1 ®Ó ®¹t<br /> gi¸ trÞ T2,k (víi k lµ bÊt kú). Ta cÇn x¸c ®Þnh xem tr¹ng th¸i nµo ë thêi ®oan tr­íc ®ã (i = 1), ®Ó<br /> khi tr¹ng th¸i hÖ thèng hå thay ®æi ®Õn tr¹ng th¸i T2,k cho gi¸ trÞ tèi ­u vÒ n¨ng l­îng ®iÖn, tøc<br /> lµ :<br /> (17)<br /> Z (T 2, k )  max ( E 2 (T 2, k , T 2 , r )  E 1 ( T 1, r , T 0 ))<br /> 2 T<br /> 2, k<br /> víi k = 1, 2, ........, m; vµ r = 1, 2,..........., m (ký hiÖu r ®Ó ph©n biÖt ®ã lµ tr¹ng th¸i ë thêi ®o¹n<br /> tr­íc). Trong ®ã :<br /> - E1(T1,r,T0) lµ n¨ng l­îng ®iÖn thu ®­îc khi hÖ thèng hå thay ®æi tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu<br /> To ®Õn tr¹ng th¸i T1,r ë thêi ®o¹n ®Çu tiªn;<br /> - E2(T2,k,T1,r) lµ n¨ng l­îng ®iÖn ph¸t ®­îc khi hÖ thèng hå thay ®æi tõ tr¹ng th¸i T1,r ë<br /> thêi ®o¹n 1 ®Õn tr¹ng th¸i bÊt kú T2,k ë thêi ®o¹n 2.<br /> <br /> Víi mçi tr¹ng th¸i thø k ë thêi ®o¹n thø 2, sÏ t×m ®­îc mét gi¸ trÞ T1,r ë thêi ®o¹n thø<br /> nhÊt ®Ó cho quü ®¹o thay ®æi dung tÝch T0 - T1,r - T2,k lµ quü ®¹o tèi ­u. T­¬ng øng víi mçi<br /> tr¹ng th¸i thø r (r=1, 2, .., m) cã mét gi¸ trÞ T1,r . Ta sÏ cã m quü ®¹o ®¹t tèi ­u ®Õn c¸c tr¹ng<br /> th¸i T2,k víi k =1, 2, ..,m.<br /> §Æt Z 1 (T1,r )  E 1 (T1,r , T0 ) (18)<br /> <br /> Ta cã thÓ viÕt l¹i biÓu thøc (17) d­íi d¹ng sau :<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />  Z 2 (T2,k )  max ( E 2 (T2,k , T1,r )  Z 1 (T1,r )) (19)<br /> T<br /> 2, k<br /> Trong ®ã: Z 1 (T1,r ) lµ gi¸ trÞ tèi ­u khi hÖ thèng hå thay ®æi tõ T0 ®Õn T1,r, víi r lµ bÊt<br /> kú ë thêi ®o¹n thø nhÊt.<br /> Theo kÕt qu¶ t×m ®­îc, ta lËp ®­îc cÆp quan hÖ T1,r ~ T2,k.<br /> §Õn thêi ®o¹n bÊt kú thø i ta cã biÓu thøc tæng qu¸t cña bµi to¸n tèi ­u cã ®iÒu kiÖn :<br /> Z i (Ti ,k )  max ( E i (Ti ,k , Ti 1,r )  Z (T )) (20)<br /> i 1 i 1,r<br /> T<br /> i, k<br /> T­¬ng tù nh­ tÊt c¶ c¸c thêi ®o¹n trªn, ë thêi ®o¹n bÊt kú thø i, cã thÓ t×m ®­îc mét<br /> tr¹ng th¸i ë thêi ®o¹n tr­íc nã i - 1 lµ Ti,r ®Ó khi hÖ thèng hå chøa thay ®æi tõ quü ®¹o tèi ­u<br /> tr­íc ®ã (quü ®¹o tèi ­u tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu To ®Õn tr¹ng th¸i Ti1,kr ) ®Õn tr¹ng th¸i bÊt kú ë<br /> thêi ®o¹n thø i lµ Ti,k cho gi¸ trÞ tèi ­u. Nh­ vËy, ®Õn giai ®o¹n thø i ta cã quü ®¹o tèi ­u tõ<br /> tr¹ng th¸i ban ®Çu To, ®Õn tr¹ng th¸i bÊt kú Ti,k lµ:<br /> <br /> T0  T1,kr  T2, r  T3,r ....... Ti,k .Vµ cã cÆp quan hÖ Ti1,r ~ Ti,r<br /> §Õn thêi ®o¹n cuèi cïng i = n, ta cã :<br /> Z n (Tn,k ) max( E n (Tn,k , Tn1,r )  Z n1 (Tn1,r )) (21)<br /> <br /> Trong ®ã : Tn,k lµ tr¹ng th¸i cÇn ®¹t ®­îc ë thêi ®o¹n cuèi víi k =1, 2, .., m. Gi¸ trÞ<br /> Z n (Tn,k ) chÝnh lµ gi¸ trÞ tèi ­u cña hµm môc tiªu, ®Ó khi tr¹ng th¸i dung tÝch cña hÖ thèng hå<br /> thay ®æi tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu T0 ®Õn tr¹ng th¸i Tn,k bÊt kú ë giai ®o¹n cuèi. T¹i thêi ®o¹n<br /> cuèi, víi mçi tr¹ng th¸i ®­îc Ên ®Þnh trong sè c¸c tr¹ng th¸i cã thÓ k ( víi k =1, 2, ..., m) cña<br /> nã, sÏ t­¬ng øng cã mét quü ®¹o tèi ­u khi nã di chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ban ®Çu ®Õn tr¹ng th¸i k.<br /> b. B­íc tÝnh ng­îc<br /> Víi tr¹ng th¸i Tn nµo ®ã (gi¶ sö lµ Tn,3), theo quan hÖ ë b­íc tÝnh xu«i, t×m ®­îc mét tr¹ng<br /> * = T*<br /> th¸i tèi ­u Tn-1 n1,r , víi k lµ mét chØ sè tr¹ng th¸i cô thÓ nµo ®ã t­¬ng øng víi tr¹ng<br /> th¸i cÇn ®¹t ë giai ®o¹n n lµ Tn = Tn,3. Ch¼ng h¹n ta t×m ®­îc r = 2, khi ®ã: Tn*-1 = Tn*1,2 .<br /> <br /> 7. Ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n vµ ¸p dông<br /> 1) CÊu tróc ch­¬ng tr×nh tÝnh<br /> Sau khi ®· x¸c lËp ®­îc ph­¬ng ph¸p gi¶i mét ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n ®­îc t¸c gi¶ x©y<br /> dùng trªn m«i tr­êng VC++ 6.0 ®Ó gi¶i bµi to¸n. Ch­¬ng tr×nh tÝnh bao gåm c¸c c¸c khèi<br /> chÝnh nh­ sau:<br />  Ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n thuû n¨ng cho hÖ thèng hå bËc thang cã xÐt ®Õn quan hÖ<br /> c©n b»ng n­íc vµ quan hÖ thuû lùc<br />  Ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc sö dông trong tÝnh to¸n c©n b»ng vµ<br /> kiÓm tra ®iÒu kiÖn chuyÓn tr¹ng th¸i theo kh«ng gian vµ thêi gian<br />  Ch­¬ng tr×nh gi¶i bµi to¸n tèi ­u theo thuËt to¸n quy ho¹ch ®éng hai chiÒu<br />  C¸c ch­¬ng tr×nh phô trî.<br /> <br /> <br /> 6<br /> 2) KÕt qu¶ thö nghiÖm<br /> §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông ph­¬ng ph¸p ®· chän hÖ thèng 3 hå chøa tren s«ng §µ<br /> (sÏ ®­îc x©y dùng) ®Ó thö nghiªm.<br /> HÖ thèng 3 hå chøa NËm nhïn, S¬n la vµ Hoµ b×nh lµ lo¹i hÖ thèng bËc thang cã qu©n<br /> hÖ c¶ vÒ mÆt thuû v¨n vµ thuû lùc. C¸c ®Æc tr­ng mùc n­íc c¸c hå chøa chän theo quy ho¹ch<br /> (c¸c sè liÖu nµy ch­a ph¶i lµ sè liÖu chÝnh thøc) nh­ sau:<br /> a. Hå NËm nhïn : Mùc n­íc d©ng b×nh th­êng: Hbt =295 m<br /> Mùc n­íc chÕt: : Hc = 198,0m<br /> b. Hå S¬n la : Mùc n­íc d©ng b×nh th­êng: Hbt =215 m<br /> Mùc n­íc chÕt: : Hc = 190,0m<br /> c. Hå Hoµ b×nh: Mùc n­íc d©ng b×nh th­êng: Hbt = 115 m<br /> Mùc n­íc chÕt: : Hc = 90,0m<br /> KÕt qu¶ tÝnh to¸n tèi ­u ®­îc thùc hiÖn cho m« h×nh n¨m 1988 -1989 lµ n¨m n­íc Ýt. Qu¸<br /> tr×nh vËn hµnh tèi ­u ®­îc tr×nh bµy ë b¶ng 2 vµ h×nh 2.<br /> 8. Mét sè kÕt luËn<br /> Th«ng qua øng dông thö nghiÖm ph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng hai chiÒu cho bµi to¸n<br /> vËn hµnh hÖ thèng bËc thang ph¸t ®iÖn trªn s«ng §µ cã nh÷ng kÕt luËn sau:<br /> 1. Ph­¬ng ph¸p quy ho¹ch ®éng hai chiÒu mµ t¸c gi¶ nghiªn cøu cã thÓ ¸p dông trong<br /> qu¶n lý vËn hµnh hÖ thèng bËc thang ph¸t ®iÖn. Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm kh¾c<br /> phôc ®­îc c¸c cùc trÞ ®Þa ph­¬ng mµ cho ®Õn nay c¸c ph­¬ng ph¸p phi tuyÕn kh¸c cßn<br /> ch­a thÓ gi¶i quyÕt mét c¸ch triÖt ®Ó. Tuy nhiªn khèi l­îng tÝnh to¸n kh¸ lín.<br /> 2. Bµi to¸n tèi ­u ®­îc gi¶i víi gi¶ ®Þnh dßng ch¶y ®Õn hå ®· ®­îc x¸c ®Þnh. Trong thùc<br /> tÕ, qu¸ tr×nh dßng ch¶y®­îc dù b¸o nªn bµi to¸n cÇn ®­îc ®Æt ra víi viÖc t×m c¸c quü<br /> ®¹o tèi ­u ®éng theo qu¸ tr×nh dù b¸o khi vËn hµnh hÖ thèng.<br /> B¶ng 1: KÕt qu¶ tÝnh to¸n tèi ­u 3 hå chøa<br /> a. Hå NËm nhïn<br /> Th¸ng Qvµo qtuabin qx¶ thõa qthÊm qbèc h¬I Qh¹l­u Zth. l­u Zh¹ l­u Dung N<br /> (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m) (m) tÝch (GW)<br /> (triÖu m3)<br /> VI 320 318.87 0 0.86 0.27 318.87 277 198.19 741.6 0.22<br /> VII 1728 1098 613.0 0.88 0.25 1711.02 279. 204.04 784.05 0.71<br /> VIII 2053 1098 953.9 0.88 0.22 2051.9 279. 205.17 784.05 0.71<br /> IX 1917 1098 604.2 1.55 0.31 1702.24 295 209.77 1335.89 0.75<br /> X 806 804.09 0 1.5 0.42 804.09 295 215 1335.89 0.56<br /> XI 361 391.93 0 1.45 0.38 391.93 293. 215 1250.99 0.27<br /> XII 252 218.4 0 1.5 0.4 218.4 295 213.51 1335.89 0.15<br /> I 198 196.04 0 1.5 0.47 196.04 295 209.77 1335.89 0.15<br /> II 145 212.54 0 1.43 0.6 212.54 291. 205.45 1166.09 0.16<br /> III 146 207.63 0 1.12 0.65 207.63 286. 201.12 996.29 0.16<br /> IV 122 186.01 0 0.96 0.54 186.01 280. 196.86 826.5 0.14<br /> V 282 312.45 0 0.83 0.41 312.45 277 198.12 741.6 0.22<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7<br /> b. Hå S¬n la<br /> Th. Qkhu gi÷a qtuabin qx¶ thõa qthÊm qbèc h¬I Qh¹l­u Zth. l­u Zh¹ l­u Dung N<br /> (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m) (m) tÝch (GW)<br /> (triÖu<br /> m3)<br /> VI 491 802.99 0 5.33 1.56 802.99 190 114.29 4600.9 0.53<br /> VII 1733 3000 63.45 6.27 1.54 3063.45 196.19 117.71 5599.28 1.98<br /> VIII 1528 3000 73.64 7.76 1.5 3073.64 203.72 117.73 6930.45 2.16<br /> IX 1322 2112.9 0 10.72 1.88 2112.89 215 116.39 9260 1.72<br /> X 430 1221.5 0 10.37 2.23 1221.49 215 115.28 9260 1.06<br /> XI 266 645.13 0 10.72 2.08 645.13 215 114.16 9260 0.57<br /> XII 209 664.12 0 9.63 2.16 664.12 212.03 113.79 8594.41 0.58<br /> I 157 715 0 8.51 2.28 715 207.17 113.97 7596.04 0.6<br /> II 167 640.8 0 8.52 2.92 640.8 203.72 113.7 6930.45 0.51<br /> III 165 735.36 0 6.64 3.38 735.36 198.25 114.04 5932.07 0.56<br /> IV 192 754.54 0 5.71 2.94 754.54 192.06 114.11 4933.69 0.53<br /> V 351 780.21 0 5.15 2.34 780.21 190 114.21 4600.9 0.52<br /> <br /> bc. Hå Hoµ b×nh<br /> Th Qkhu gi÷a qtuabin qx¶ thõa qthÊm qbèc h¬I Qh¹l­u Zth­ l­u Zh¹ l­u Dung tÝch N<br /> (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m) (m) (triÖu m3) (GW)<br /> VI 45.4 841.81 0 5.89 0.69 841.81 90 14.79 5089 0.55<br /> VII 193.8 2400 34.31 8.14 0.7 2434.31 103.23 17.54 7269.5 1.67<br /> VIII 200.5 2400 398.74 9.54 0.66 2798.74 109.98 18 8515.5 1.86<br /> IX 181.4 1922.04 0 10.94 0.78 1922.04 115 16.87 9450 1.61<br /> X 69.2 1279.23 0 10.58 0.87 1279.23 115 15.7 9450 1.11<br /> XI 35.1 789.02 0 10.58 0.81 789.02 113.33 14.72 9138.5 0.69<br /> XII 25.8 795.49 0 9.89 0.84 795.49 111.65 14.73 8827 0.68<br /> I 19.9 840.73 0 9.54 0.93 840.73 109.98 14.79 8515.5 0.71<br /> II 17.5 902.62 0 9.7 1.22 902.62 106.58 14.87 7892.5 0.74<br /> III 17.4 859.1 0 8.49 1.46 859.1 104.88 14.81 7581 0.68<br /> IV 17.6 882.51 0 8.41 1.39 882.51 103.23 14.84 7269.5 0.69<br /> V 35.4 1622.9 0 5.7 1.11 1622.9 90 16.37 5089 1.14<br /> <br /> <br /> §­êng qu¸ tr×nh c«ng t¸c cña hÖ thèng<br /> hå chøa s«ng §µ n¨m 1988 - 1989<br /> 10000<br /> Dung tÝch (triÖu m3)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 8000<br /> <br /> <br /> 6000<br /> Lai Ch©u<br /> 4000<br /> S¬n La<br /> Hoµ B×nh<br /> 2000<br /> <br /> <br /> 0<br /> VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V<br /> Th¸ng<br /> <br /> H×nh 2<br /> <br /> <br /> 8<br />  Tµi liÖu tham kh¶o<br /> <br /> [1] Hµ V¨n Khèi: Lý thuyÕt ph©n tÝch hÖ thèng vµ mét sè øng dông trong quy ho¹ch nguån<br /> n­íc, TËp bµi gi¶ng Chuyªn ®Ò sau ®¹i häc, §¹i häc Thuû lîi, 6/1991.<br /> [2] Hµ V¨n Khèi – Quy ho¹ch vµ qu¶n lý nguån n­íc - Gi¸o Tr×nh cao häc - §¹i häc Thuû<br /> lîi, n¨m 2000.<br /> [3] Nghiªm TiÕn Lam, §iÒu khiÓn tèi ­u hå chøa ®éc lËp ph¸t ®iÖn, §å ¸n tèt nghiÖp ®¹i<br /> häc, Tr­êng ®¹i häc Thuû lîi, Hµ Néi, 5-1992.<br /> <br /> [4] Larry W. Mays: Water Resource Handbook, Deparment of Civin and Environmental<br /> Engineering Arizona State University, 1996.<br /> [5] Grigg N.S., Water Resources Management: Principles, Regulations, and Cases,<br /> McGraw-Hill, 1996.<br /> [6] Mays L.W., Tung Y.K., Hydrosystems engineering and management, McGraw-Hill Book<br /> Inc., 1992.<br /> <br /> SUMMARY<br /> Prof. Dr. Ha Van Khoi, Le Bao Trung - Hanoi Water Resources University<br /> <br /> The author studies the research of applying 2-D dynamic programming to find the optimal<br /> hydropower reservoir system operation. That research is a new trend in Vietnam and it is<br /> necessary to be applied in practice.<br /> After establishing the method, the authors constructed a computer program, which is<br /> written by VC++ to find the optimal solution. The program concludes 4 blocks:<br /> Module 1: Hydropower calculating for reservoir system, which considers the hydrologic<br /> and hydraulic relations.<br /> Module 2: Water balance, which considers whether the system can change its state or not<br /> according to time and space conditions.<br /> Modula 3: Finding an optimal solution by using 2 dimensions dynamic programming<br /> method.<br /> Module 4: Some assistant programs<br /> That program is written in the comprehensive conditions and it's applied for Da river<br /> system with 3 reservoirs.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 9<br />