Thông tin Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật (NCS. Nguyễn Xuân Lâm)

Họ và tên NCS: Nguyễn Xuân Lâm. Tên luận án: Nghiên cứu đề xuất phương pháp vận hành toi ưu hệ thống hồ chứa thượng lưu lưu vực sông Hồng trong mùa cạn. Chuyên nghành: Kỹ thuật tài nguyên nước; Mã số: 9 580 212. Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Quang Trung. 2. PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển. 5. Cơ sở đào tạo:

1.         Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu:

1.1.       Mục tiêu:

Xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện trong mùa cạn nhàm tối ưu hóa phát điện và cấp nước hạ du theo hướng tối ưu hóa đa mục tiêu và ứng dụng thuật toán BORG-MOEA cho lưu vực sông Hồng.

1.2.       Phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án là hệ thống các hồ chứa thủy điện lớn trên lưu vực sông Hồng thuộc địa phận Việt Nam, mà cụ thể ở đây là 6 hồ chứa: Bản Chát, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang.

2.         Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

2.1.       Cách tiếp cận: i) Cách tiếp cận hệ thống và tổng hợp; ii) Cách tiếp cận theo phân tích “Nhân - quả”; và iii) Cách tiếp cận kế thừa trên quan điểm lịch sử

2.2.       Phương pháp nghiên cứu: i) Điều tra và khảo sát thực địa; ii) Phương pháp kế thừa; iii) Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu; iv) Phương pháp mô phỏng toán học; v) Phương pháp tham số hóa - mô phỏng - tối ưu; vi) Phương pháp phân tích hệ thống.

3.         Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Bài toán tối ưu vận hành hệ thống liên hồ chứa có đặc điểm là đa mục tiêu, khối tượng tính toán rất lớn. Nhàm tạo thuận lợi cho việc giải bài toán, Luận án đã thiết lập được khung tính toán tối ưu nhằm kết nối các mô hình hồ chứa vận hành trong mùa lũ, mùa cạn, mô hình hạ lưu, các hàm mục tiêu, và các ràng buộc. Khung toi ưu linh hoạt, có thể chọn lựa, cập nhật các thuật toán tối ưu phát triển mới nhất của thế giới mà không tốn công thiết lập lại bài toán nhiều. Ở đây, đề tài đã lựa chọn thuật toán Borg-MOEA làm phần tính toán tối ưu, ngoài ra, đề tài đã xây dựng được một hệ thống mô phỏng hồ chứa và hạ lưu cho vùng nghiên cứu trên ngôn ngữ C/C++ và Matlab chạy trên nền Window, có hiệu suất và khả năng phân tích kết quả cao.

Về ý nghĩa thực tiễn, tập hàm vận hành (350 phương án) đã được đề xuất với cải thiện về lợi ích điện từ 25 -ỉ- 28 %; cải thiện về trung bình mực nước (<1,2 m) từ 4 -i- 11 %, sổ ngày vi phạm mực nước 1,2 m cải thiện từ 43 -ỉ- 86 %; và cải thiện về trung bình mực nước Hà Nội 40 + 43 %. Nhưng quan trọng hơn, trong một hệ thống đa mục tiêu, 350 ưu tiên vận hành khác nhau sẽ tạo thuận lợi cho nhà ra quyết định trong lựa chọn phương án vận hành phù hợp cho hệ thống. Thêm nữa, hàm vận hành sử dụng đơn giản rất phù hợp cho nhu cầu hỗ trợ ra quyết định vận hành thời gian thực trong thực tiễn. Cuối cùng, nghiên cứu khẳng định tính khả thi khi mở rộng bài toán với yêu cầu vận hành phủ đỉnh của hệ thống thủy điện.

4. Những đóng góp mói của luận án:

Thứ nhất, đề tài đã đề xuất được hàm vận hành hệ thống hồ thủy điện chính lưu vực sông Hồng hỗ trợ ra quyết định trong vận hành hệ thống hồ.

Thứ hai, đề tài đã đề xuất và thiết lập được khung tính toán tối ưu vận hành, kết nối các mô hình và thuật toán Borg MOEA và quy trình tính toán của khung theo phương pháp tham số hóa - mô phỏng - tối ưu (PSO) đảm bảo tính tinh cậy tốt trong hội tụ tìm nghiệm. Ngoài ra, hệ thống mô hình hồ chứa và hạ lưu cũng như các công cụ tính toán và phân tích với mã nguồn riêng đã được phát triển, tạo thuận lợi cho phát triển nghiên cứu và ứng dụng.

ABSTRACT OF DOCTOR DISSERTATION

1.      Name of PhD candidate: Nguyen Xuan Lam

2.      Dissertation title:Research on proposing optimal operation solutionfor reservoir system at upstream of  Red river basin in dry season

3.      Specialty:Water resources engineering; Code: 9 580 212.

4.      Scientific supervisors:

1. Assoc.Prof. Nguyen QuangTrung
2. Assoc.Prof.Hoang Minh Tuyen

5.      Academic training organization: Vietnam Academy for Water Resources

6.      Objective and scope of research:

6.1. Objective:

Development of scientific basis for searching solutions for hydropower reservoir system operation during dry season tooptimize electricity production and water allocation for downstream region in Red river basin by applying approach ofmulti-objective optimization and BORG-MOEA algorithm.

6.2. Scope:

The research is carried out for system of large hydropower reservoirs on Red river basin in Vietnam, particularly as 6 following reservoirs: Ban Chat, Lai Chau, Son La, HoaBinh, Thac Ba and TuyenQuang.

7.      Approach and methodology:

7.1. Approach:

i)Systematic and synthetic approach; ii) Cause and Effect analysis approach; and iii) Inheritance approach.

7.2.Methodology:

i) Field survey and investigation; ii) Inheritance; iii) Multi-objective optimization; iv) Mathematic modelling; v) Parameterization - Simulation - Optimization; and vi) Systematic analysis.

8.      Significance of science and practice:

Optimization of multi-reservoir system is featured by multi-objectives and large computation. In order to solve the problem, the research established an optimal computation framework to connect all reservoir operation models in flood and dry seasons, downstream models, objective functions and constraints. Optimization framework is flexible with ability ofcoupling different optimization algorithms without rebuilding the model. The research applied Borg-MOEA algorithm for optimization computation. In addition, the research developed a simulation system of reservoirs and downstream for study area using C/C++ and Matlab programming languages on Window operating system, which obtained a high performance and analytic capacity.

Regarding practical significance, set of operation functions (350 solutions) were proposed to improve 25 ÷ 28% of electricity production benefit, 4 ÷ 11% of average water level (<1.2 m) situation, 43 ÷ 86% of 1.2 m water level violation reduction and 40 ÷ 43% of average water level in Hanoi. Moreover, in a multi-objective system, the 350 different operation solutions will facilitateselection of operation plansbysystem manager. Additionally, simple applicability of the operation functionsis able to realize real-time decision-making support for reservoir operation in practice. Finally, the research proved possibility in extendingtoward operation of peak load requirements from hydropower system.

9.      New findings

Firstly, the research proposed a set of operating function for hydropower reservoirs on Red river basin to support decision-making in multi-reservoir operation.

Secondly, the research developed optimization computation framework connecting models, Borg-MOEA algorithm and computation procedure of Parameterization – Simulation – Optimization (PSO) to ensure high reliability in convergence of solution search. Besides, system of reservoir-downstream simulation and analytic tools with open source code were developed to facilitate further research and application.

 Xem chi tiết tại đây:

- Toàn văn Luận án (NCS. Nguyễn Xuân Lâm)

- Tóm tắt luận án (Tiếng Việt) (NCS. Nguyễn Xuân Lâm)

- Tóm tắt luận án (Tiếng Anh) (NCS. Nguyễn Xuân Lâm)