Ứng dụng học máy để tối ưu hóa hiệu suất turbine thủy lực nhà máy thủy điện Sơn La, Lai Châu

Bài viết Ứng dụng học máy để tối ưu hóa hiệu suất turbine thủy lực nhà máy thủy điện Sơn La, Lai Châu trình bày nghiên cứu phương pháp số hóa đặc tính turbine thủy lực; Xây dựng mô hình hiệu suất từ quan hệ cột áp và công suất bất kỳ; Giải bài toán tối ưu hiệu suất turbine với hàm mục tiêu là tối thiểu hóa lượng nước cần chảy qua turbine với cùng một công suất phát P.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng học máy để tối ưu hóa hiệu suất turbine thủy lực nhà máy thủy điện Sơn La, Lai Châu CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA ỨNG DỤNG HỌC MÁY ĐỂ TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT TURBINE THỦY LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA, LAI CHÂU 1 2 Khương Thế Anh , Đỗ Việt Bách 1 Công ty Thủy điện Sơn la, sđt 0962552888, anhkt.slhpp@gmail.com 2 Công ty Thủy điện Sơn La, sđt 0969596989, bach.eps@gmail.com Tóm tắt: 1. Những công việc đã thực hiện đã thực hiện, phương pháp đã được thực hiện: Nghiên cứu phương pháp số hóa đặc tính turbine thủy lực. - Xây dựng mô hình hiệu suất từ quan hệ cột áp và công suất bất kỳ. - Giải bài toán tối ưu hiệu suất turbine với hàm mục tiêu là tối thiểu hóa lượng nước cần chảy qua turbine với cùng một công suất phát P. 2. Kết quả chủ yếu và tầm quan trọng của nghiên cứu. Kết quả của bài toán đã giải quyết ba (03) tồn tại trong vận hành turbine thủy lực hiện tại: - Xác định chính xác hiệu suất turbine theo quan hệ cột áp và công suất, kể cả với vùng nhà sản xuất không cung cấp đặc tính thí nghiệm thủy lực. - Từ giá trị tổng công suất phát điều độ lệnh thực hiện, phần mềm tìm ra giá trị đặt (setpoint) công suất từng tổ máy riêng lẻ với hàm mục tiêu tổng lượng nước đi qua turbine là nhỏ nhất. - Hỗ trợ xác định suất tiêu hao nước cho máy phát và lưu lượng nước chảy qua qua turbine, hỗ trợ công cụ cho vận hành và khảo sát đặc tính turbine thực tế. Từ khóa: Tối ưu hóa hiệu suất turbine. 1. GIỚI THIỆU Chưa có tính toán phân chia công suất giữa các Tổ máy nên khi nhận lệnh từ điều độ viên HTĐ Quốc gia (A0), Trưởng ca thường phân bổ ngẫu nhiên hoặc chia đều công suất các Tổ máy đang nối lưới. Ví dụ: Lệnh điều độ là phát 1800MW với 06 Tổ máy đang nối lưới thì Trưởng ca sẽ đặt setpoint mỗi Tổ máy là 300MW. Chỉ có một số đường hiệu suất chính: Từ thí nghiệm mô hình turbine thủy lực, nhà sản xuất cung cấp một số đường hiệu suất chính trên bản vẽ. Điều này dẫn đến khó khăn trong thực tế vận hành như sau:  Không đủ dữ liệu, để xác định hiệu suất của công suất và cột áp bất kỳ phải phỏng đoán dựa trên những giá trị những đường hiệu suất gần nhất. 97 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022  Tra cứu không chính xác, nhân viên vận hành chỉ có thể áng khoảng giá trị trên đồ thị cho trước. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Giải pháp xây dựng Phần mềm tối ưu hóa hiệu suất Turbine thủy lực NMTĐ Sơn La, Lai Châu với thuật toán gồm ba (03) bước như sau:  Số hóa đồ thị từ dạng hình ảnh sang bảng dữ liệu để phục vụ tra cứu chính xác;  Sử dụng học máy hồi quy LOESS để xác định được hiệu suất từ hàm f(cột áp, công suất) bất kỳ.  Sau khi xác định được quan hệ nêu trên, cần tìm cực tiểu của hàm mục tiêu: ???? ???? ????????????????????????????.???? ????(???? ????????????????????????????.1 , ???? ????????????????????????????.2 , . . ???? ????????????????????????????.???? ) = ∑ ???? ????????????????????????????.???? ????=1 ???? ????????????????????????????.???? : Công suất của turbine thứ i; ???? ????????????????????????????.???? : Hiệu suất của turbine thứ i; n: Số tổ máy đang nối lưới. 2.1. Số hóa đặc tính turbine thủy lực a) Sử dụng những công cụ số hóa đồ thị, chuyển 15 đường hiệu suất từ 75% đến 96,5% thành dữ liệu ô tính với khoảng chia cột áp hồ chứa là 0,01m. b) Kết quả tạo thành bảng số hóa các đường hiệu suất hiện có với 82.304 hàng, 03 cột dữ liệu. c) Kiểm nghiệm lại giá trị đã số hóa bằng cách vẽ lại đồ thị từ bảng dữ liệu trên, cho kết quả chính xác như sau: 98 CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 2.2. Xây dựng mô hình hiệu suất từ quan hệ cột áp và công suất bất kỳ a) Nhóm tác giả đã thử nghiệm nhiều giải pháp để xác định được quan hệ η=f(H, P) như xây dựng mạng nơ-ron 02 lớp, các phương pháp hồi quy... Trong đó LOESS đã mang lại kết quả tốt nhất với sai số chỉ 0.1%. b) Kiểm nghiệm kết quả thực tế  Ngoài tính toán xác định từ ảnh nêu trên, tài liệu đặc tính turbine của nhà sản xuất Alstom có cung cấp thêm 12 điểm thử nghiệm đường bao đặc tính. 99 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022  Tác giả đã sử dụng 12 điểm này để xác định mức độ chính xác của thuật toán:  Lập bảng so sánh như sau: H P  (thuật Sai số Sai số Point  (chuẩn) Ghi chú (m) (MW) toán) độ lớn % 1 59.79 262.0 93.92 93.92 0.00 0.0 Chính xác 2 80.50 406.3 94.12 94.14 0.02 0.0 Chính xác 3 83.33 406.3 95.09 95.09 0.00 0.0 Chính xác 4 95.25 406.3 96.40 96.40 0.00 0.0 Chính xác 5 59.79 209.7 90.62 90.90 0.28 0.3 6 80.50 325.1 95.23 95.22 -0.01 0.0 Chính xác 7 83.33 325.1 95.00 95.00 0.00 0.0 Chính xác 8 95.25 325.1 93.12 93.02 -0.10 -0.1 9 59.79 157.3 86.21 86.27 0.06 0.1 10 80.50 243.9 90.93 91.00 0.07 0.1 11 83.33 243.9 90.74 91.08 0.34 0.4 12 95.25 243.9 89.06 89.00 -0.06 -0.1 Trung bình (trị tuyệt đối các sai số): 0.08 0.08% ...