Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Hệ thống DSS vận hành thủy điện Thác Xăng - Hà Văn Thủy

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR£àNG Đ¾I HâC Mä - ĐàA CHÂT HÀ VN THĂY HÆ THæNG Hà TRþ RA QUY¾T ĐàNH TRONG VÀN HÀNH THĂY ĐIÆN THÁC XNG LUÀN ÁN TI¾N S) KĀ THUÀT Hà Nãi – Nm 2024 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR£àNG Đ¾I HâC Mä - ĐàA CHÂT HÀ VN THĂY HÆ THæNG Hà TRþ RA QUY¾T ĐàNH TRONG VÀN HÀNH THĂY ĐIÆN THÁC XNG NGÀNH: KĀ THUÀT ĐIÀU KHIÂN VÀ TĀ ĐâNG HÓA Mà Sæ: 9520216 TiÃu ban h¤ßng d¿n: 1.TS NGUYÄN ĐĄC KHOÁT 2. TS HÀ NGâC TUÂN Hà Nãi – Nm 2024 i LàI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cāu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ mát nguồn nào và dưới bất kỳ hình thāc nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đưÿc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giÁ luÁn án Hà Vn Thăy ii LàI CÁM ¡N Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Nguyễn Đāc Khoát và TS. Hà Ngọc Tuấn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong suốt thßi gian thực hiện và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các cấp lãnh đ¿o cÿa Trưßng Đ¿i học Mỏ - Địa chất, phòng Sau đ¿i học, Khoa Cơ – Điện, Bá môn Tự đáng hóa, các thầy, cô giáo và các b¿n đồng nghiệp, Tập đoàn điện lực Kyushu đã t¿o điều kiện thuận lÿi, chia sẻ, tư vấn cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã t¿o điều kiện cung cấp các thông tin và tài liệu cần thiết, giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cāu, thực hiện Luận án. Cuối cùng tác giả xin gửi lßi cảm ơn chân thành tới gia đình, b¿n bè, ngưßi thân đã luôn là chß dựa vững chắc cả về vật chất và tinh thần trong suốt quá trình nghiên cāu đến khi hoàn thành bản Luận án này. iii MĂC LĂC LàI CAM ĐOAN. iii DANH MĀC HÌNH VẼ.

vi DANH MĀC BÀNG. ix DANH MĀC CÁC TĆ VI¾T TÂT.Tính cấp thiết cÿa đề tài nghiên cāu .Māc tiêu nghiên cāu cÿa đề tài luận án .Đối tưÿng và ph¿m vi nghiên cāu .Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cāu.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn cÿa luận án.Những đóng góp mới cÿa luận án .Cấu trúc cÿa luận án .Tßng quan vÁ thăy điÇn và hÇ thçng há trÿ ra quy¿t đánh .Lịch sử phát triển .Công trình thuỷ điện .Vấn đề vận hành công trình thuỷ điện.Sự cố thuỷ điện á Việt Nam .Hệ thống hß trÿ ra quyết định DSS .Tổng quan giới thiệu hệ thống hß trÿ ra quyết định vận hành hồ chāa thÿy điện&&&&.Tình hình phát triển hệ thống DSS vận hành hồ chāa trên Thế giới .Những tồn t¿i, h¿n chế trong bài toán ra quyết định .Hướng tiếp cận và phương pháp giải quyết bài toán DSSTĐ cÿa Luận án&&&&&&&.C¢ sã khoa hãc căa hÇ thçng há trÿ ra quy¿t đánh nhà máy thăy điÇn&&&&&&&.Mô hình hóa mưa rào - dòng chảy cho lưu vực sông .Mô hình bể chāa (Tank model) .Cơ sá lý thuyết hiệu chỉnh thông số mô hình .Thuật toán hiệu chỉnh mô hình .Xây dựng kịch bản vận hành .Mô hình hồ đập, nhà máy .Tối ưu hóa kịch bản vận hành .Nghiên cąu phát triÃn hÇ thçng DSS cho nhà máy thăy điÇn Thác Xng&&&&&.Nhà máy thÿy điện Thác Xăng.Tổng quan về nhà máy; .Điều kiện tự nhiên .Chāc năng, nhiệm vā.Cấu trúc hệ thống DSS cho nhà máy thÿy điện Thác Xăng .Hệ thu thập dữ liệu .Đặt tr¿m thßi tiết .Hệ thống thu thập dữ liệu t¿i Nhà máy .Phát triển mô hình mưa rào – dòng chảy cho thÿy điện Thác Xăng .Cấu trúc mô hình bể chāa: .Xây dựng mô hình mô phỏng .Kết quả phân tích và xây dựng mô hình .Phần mềm mô phỏng hồ đập, nhà máy cho thÿy điện Thác Xăng .Chương trình (Cấu trúc) mô phỏng .Khối xử lý số liệu đầu vào.Khối hiển thị kết quả đầu ra .Kết quả āng dāng mô hình .Kịch bản vận hành chÿ đáng .Kịch bản vận hành tối ưu .Hiệu quả kinh tế .Phân tích māc đá an toàn công tác điều tiết lũ sử dāng hệ thống DSS&&&&&&. 94 K¾T LUÀN VÀ KI¾N NGHà. 96 Kết quả đ¿t đưÿc cÿa luận án.

96 Những đóng góp mới cÿa luận án. 96 Những tồn t¿i và kiến nghị nghiên cāu tiếp theo cÿa luận án. 96 DANH MĀC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Bæ. 97 TÀI LIÆU THAM KHÀO.

Matlab Script Phā lāc 2. Thuật toán tối ưu Phā lāc 3. Thông số chính cÿa Nhà máy vi DANH MĂC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đập thuỷ điện Itaipu (nguồn internet) .2 Cấu t¿o tổng thể cÿa mát công trình thuỷ điện (nguồn internet).3 Biểu đồ so sánh tổng lưÿng mưa trong 2 tuần tháng 10/2020 (TĐTL Kyushu) .4 Sự cố tràn đập thuỷ điện (nguồn internet) .5 Sự cố vỡ đập thuỷ điện (nguồn internet) .6 Hệ thống phân tích quá trình trực tuyến OLAP (nguồn smartboost) .7 Kiến trúc hệ thống hß trÿ ra quyết định (Nguồn ResearchGate).8 Kiến trúc hệ thống vận hành hồ chāa BeDam.9 Phần mềm hß trÿ ra quyết định dự báo lưu lưÿng về hồ [13] .10 Màn hình giao diện hß trÿ ra quyết định vận hành tối ưu ngắn h¿n [14] .11 Các thao tác vận hành và hệ thống hß trÿ [15] .12 Kết quả dự báo và kết quả đo thực tế lưÿng nước về hồ [18] .13 Cấu trúc hệ thống DSS đề xuất .2 Mô hình mưa rào – dòng chảy với 04 bể chāa [Jong Wook Lee] .3 Mô hình toán học mô tả bể chāa .4 Mô hình bể tuyến tính đơn giản .5 Đưßng cong đặc tính māc nước mô hình bể chāa .6 Đầu ra cÿa bốn bể chāa .7 Mô hình khái t¿o .8 Đồ thị lưu lưÿng dòng chảy theo tính toán và quan trắc .9 Tham số đầu vào và đầu ra cÿa mô hình .10 Thuật toán xác định tham số mô hình bể chāa .11 Nguyên lý ho¿t đáng cÿa nhà máy thÿy điện .12 Mô hình bể chāa cho hệ thống hồ đập .13 Giá trị rßi r¿c hóa cÿa dòng chảy vào hồ.14 Giá trị rßi r¿c hóa cÿa lưu lưÿng chảy mất khỏi hồ.15 Đồ thị với các điểm gồm các cực trị địa phương và cực trị toàn cāc .1 Vị trí bố trí Nhà máy thÿy điện Thác Xăng .2 Bản đồ lưu vực cÿa thÿy điện Thác Xăng .3 Hình ảnh nhà máy thÿy điện Thác xăng .4 Cấu trúc hệ thống DSS đề xuất cho Thÿy điện Thác Xăng .5 Đa giác Thiesen dùng thu thập lưÿng mưa lưu vực .6 Sơ đồ bố trí các tr¿m thu thập thông tin thßi tiết, dòng chảy .8 Cấu trúc hệ thống thu thập dữ liệu cho hệ thống DSS t¿i nhà máy .9 Cảm biến Radar đo mực nước thưÿng/h¿ lưu .10 Hệ thống đo lưßng dòng chảy tự nhiên .11 Cảm biến siêu âm đo lưÿng nước qua tổ máy .12 Hệ thống cảm biến xác định lưu lưÿng qua đập tràn.13 Cấu trúc dữ liệu và truyền tin cho DSS á thÿy điện Thác Xăng .14 Bản đồ phân chia lưu vực cho Thÿy điện Thác Xăng .15 Mô hình bể chāa cho Thÿy Điện Thác Xăng .16 Mô hình bể chāa cho lưu vực Thÿy điện Thác Xăng .17 Cấu trúc bốn bể mô phỏng mưa rào dòng chảy thÿy điện Thác Xăng .18 Cấu trúc mô phỏng bể chāa đỉnh (Top tank) .19 Cấu trúc mô phỏng các bể dưới .20 Lưÿng mưa trung bình t¿i các tr¿m quan trắc (1960-2006) .21 Phân bổ lưÿng mưa trung bình theo tháng t¿i các tr¿m .22 Lưÿng mưa trung bình theo mùa hàng năm .23 Dữ liệu lưu lưÿng dòng chảy thu thập đưÿc t¿i các tr¿m .24 Tương quan lưu lưÿng dòng chảy .25 Dữ liệu lưu lưÿng dòng chảy hàng năm theo mùa .26 Đồ thị mưa rào – dòng chảy 1960-1970 .27 Tương quan dòng chảy Mô hình (Qe) và dòng chảy Quan trắc (Q) .28 Kết quả mô phỏng và quan trắc lưu lưÿng dòng chảy t¿i Văn Mịch (1977) 76 Hình 3.29 Kết quả mô phỏng và quan trắc lưu lưÿng dòng chảy t¿i Văn Mịch (2017- 2018) .30 Cấu trúc chương trình mô phỏng tổng quát.31 Các kịch bản xả lũ .32 Định nghĩa khung giß trong quy chế bán điện theo chi phí tránh đưÿc .33 Các khung giß trong thị trưßng điện dựa vào thống kê giá thị trưßng .34 Giao diện vận hành và theo dõi dòng chảy Thÿy điện Thác Xăng .35 Giao diện hiển thị các lưu lưÿng và māc thực tế và dự báo theo kế ho¿ch vận hành .36 So sánh điều kiện thÿy văn 2017-2018 .37 Ví dā hiệu quả vận hành đón lũ .38 Phân tích hiệu quả kinh tế qua các năm .39 Tổng lưÿng nước tích lũy 2017, 2018, 2019 .40 Đồ thị dòng chảy Thác Xăng mùa mưa 2019 .41 Đồ thị dòng chảy Thác Xăng mùa mưa 2020 .42 Đồ thị dòng chảy Thác Xăng mùa mưa 2021. 94 ix DANH MĂC BÀNG Bảng 3.1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Bắc Giang và tr¿m thÿy văn.2 Các đặc trưng dòng chảy năm tuyến đập Thác Xăng .3 Kết quả tính đỉnh lũ thiết kế tuyến Sông Bắc Giang.4 Dòng chảy phù sa trung bình hàng năm t¿i tuyến công trình Thác Xăng.5 Danh sách các tr¿m thu thập dữ liệu .6 Lưÿng mưa trung bình hàng năm cÿa lưu vực (1967-2006) .7 Lưÿng mưa trung bình theo tháng .8 Kết quả thông số mô hình bể chāa .9 Ví dā về quy định giá bán điện theo chi phí tránh đưÿc năm 2020 .10 Thông số chính cÿa thÿy điện Thác Xăng.

16 x DANH MĀC CÁC TĆ VI¾T TÂT DSS Hệ thống hß trÿ ra quyết định (Decision Support System) GA Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm) SA Thuật toán Simulated Annealing (SA) GIS Hệ thông tin địa lý (Geographic Information System) HTTĐ Hệ thống thÿy điện LSTM Long Short Term Memory DSSTĐ Hệ thống hß trÿ ra quyết định nhà máy thÿy điện NMTĐ Nhà máy thÿy điện 1 MỞ ĐÀU 1. Tính cÃp thi¿t căa đÁ tài nghiên cąu Hiện nay, do nhu cầu phát triển nên t¿i các nước đang phát triển chỉ chú trọng phát triển về số lưÿng hồ chāa thuỷ lÿi - thuỷ điện mà thiếu quan tâm đúng māc đến vận hành sao cho có hiệu quả, đem l¿i lÿi ích lớn nhất (IAHS, 1998) [46]. Nhiều công trình nghiên cāu về vận hành hồ chāa đưÿc công bố trong thßi gian gần đây trên các t¿p chí quốc tế như Water Resources Research, Water Resources Planning and Management, Water Management v. cho thấy mối quan tâm cÿa thế giới về vấn đề này và đòi hỏi cần có các nghiên cāu chuyên sâu để kiểm nghiệm, cải tiến và āng dāng vào Việt Nam.