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

Chia sẻ: Khanh Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 6
download

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

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "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" nghiên cứu về việc ứng dụng phương pháp quy hoạch động hai chiều giải bài toán tối ưu cho hệ thống hồ chứa phát điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết để nắm bắt thông tin chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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