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 Vi11 ,Vi 21 ,...V i j 1 ,...Vi k1 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 nk :<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 Ti1,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 Ti1,r ~ Ti,r<br />
§Õn thêi ®o¹n cuèi cïng i = n, ta cã :<br />
Z n (Tn,k ) max( E n (Tn,k , Tn1,r ) Z n1 (Tn1,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 n1,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 />