Một số vấn đề khi điều tiết hệ thống hồ chứa thủy điện bậc thang trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 1
MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN 
BẬC THANG TRONG ĐIỀU KIỆN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 
Lê Quốc Hưng 
Ban Đầu tư xây dựng, Tổng Công ty Điện lực Dầu khí 
Lê Văn Nghị 
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 
Phan Trần Hồng Long 
Trường Đại học Thủy lợi 
Tóm tắt: Để tận dụng điều kiện khai thác, nhiều nhà máy thủy điện thường được xây dựng trên 
cùng một dòng sông. Điều đó sẽ dẫn đến yêu cầu, phối hợp vận hành các nhà máy thủy điện 
nhằm mục đích tối đa hóa sản lượng điện hoặc doanh thu mà vẫn đảm bảo các yêu cầu phòng 
lũ, cấp nước khác. Tuy nhiên, doanh thu bán điện của các hồ chứa lại phụ thuộc một phần vào 
giá bán điện trên thị trường điện cạnh tranh. Nghiên cứu trình bày một số vấn đề điều tiết hệ 
thống hồ chứa bậc thang Hủa Na và Cửa Đạt trên lưu vực sông Chu khi cùng tham gia thị 
trường điện cạnh tranh. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả của phương pháp điều khiển 
đã được lựa chọn so với thực tế vận hành. 
Từ khóa: thủy điện bậc thang, Hủa Na, Cửa Đạt, sông Chu, thị trường điện cạnh tranh 
Summary: In order to take advantage of the operating and generation conditions, hydro power 
plants are usually built on the same river. This will lead to requirements, operations and 
cooperation of hydro power plants in order to maximize electricity output or revenue while still 
meeting other requirements for flood control and water supply. However, electricity revenues of 
the reservoirs depends partly on the price of electricity sold in the competitive power generation 
market. The research presents some regulating issues of Hua Na and Cuu Dat reservoir system 
in the Chu river basin while participating in the competitive power generation market. The 
research results also show the efficiency of the chosen flood control method in comparison with 
the actual operation. 
Keywords: cascade hydropower, Hua Na, Cua Dat, Chu river, competitive power generation market 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
1.1 Thị trường điện cạnh tranh 
Thị trường điện cạnh tranh (CGM) đã được 
hình thành và đang hoạt động hiệu quả ở một 
số nước thuộc châu Âu, châu Mỹ và châu Úc. 
Theo kế hoạch thị trường điện ở Việt Nam sẽ 
phát triển qua ba cấp độ và tiếp tục được hoàn 
thiện sau mỗi lần thử nghiệm. Khi tham gia thị 
trường điện cạnh tranh thì các nhà máy thủy 
Ngày nhận bài: 07/12/2018 
Ngày thông qua phản biện: 25/01/2019 
Ngày duyệt đăng: 26/3/2019 
điện (NMTĐ) có hồ điều tiết dài hạn sẽ có ưu 
thế khi đưa ra giá chào cũng như linh hoạt vận 
hành để nhằm bán được điện vào các khung 
giờ giá cao. Vì vậy, đây là lợi thế và cũng là 
bài toán phức tạp đòi hỏi các chủ công trình 
cần tính đến, khi lập kế hoạch phát điện cũng 
như điều tiết hồ chứa phát điện, nhằm mang lại 
hiệu quả cao trong điều kiện chế độ thủy văn 
biến đổi. Giá bán điện trong thị trường điện 
cạnh tranh gồm hai thành phần là giá hợp đồng 
và giá thị trường. Giá hợp đồng được xác định 
theo sản lượng hợp đồng hàng năm. Tổng sản 
lượng hợp đồng năm lại được phân chia tiếp 
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 2
cho từng tháng. Giá thị trường là giá chào bán 
phần sản lượng sai khác với phần sản lượng 
hợp đồng cố định được yêu cầu trong từng giờ. 
Giá này biến đổi theo yêu cầu của thị trường; 
có thể cao hơn hoặc thấp hơn giá hợp đồng; 
phần sản lượng sai khác cũng có thể là dương 
hoặc âm khi sản lượng thực phát cao hơn hoặc 
nhỏ hơn sản lượng yêu cầu. Giá bán thị trường 
đạt cao khi nguồn cung thiếu hụt như trong các 
trường hợp: mùa cạn, nước đến ít, có nhà máy 
khác phải sửa chữa... hoặc nguồn cầu tăng cao 
trong điều kiện nắng nóng, giờ cao điểm.... Giá 
bán thị trường đạt thấp khi nguồn cung dồi dào 
như trong mùa lũ, nước đến nhiều hoặc nhu 
cầu giảm thấp trong nghỉ lễ, giờ thấp điểm. 
Như vậy, giá bán thị trường phụ thuộc vào thời 
gian (mùa hoặc tháng) dòng chảy đến hồ theo 
từng năm và nhu cầu của thị trường 
1.2 Hệ thống Hủa Na - Cửa Đạt 
NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt thuộc nhóm các 
nhà máy phải tham gia CGM, theo quy định tại 
thông tư số 03/TT-BCT ngày 08/2/2013 của Bộ 
Công thương. Do đó, để được A0 (Trung tâm 
điều độ hệ thống điện quốc gia) huy động, và 
tận dụng tối đa về nguồn nước, mang lại lợi 
nhuận cho doanh nghiệp thì giải pháp về chào 
giá điện được xem là rất cấp bách và bên bán 
phải có một kế hoạch điều tiết dài hạn và chiến 
lược vận hành ngắn hạn cùng chào giá hiệu quả 
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 
NGHIÊN CỨU 
2.1 Thống kê tương quan giá bán điện 
Dựa vào tài liệu thu thập của các nhà máy khi 
tham gia vào thị trường điện, nghiên cứu đã thu 
thập được giá bán điện tháng và nhận thấy có 
một phần tương quan giữa giá bán điện và sản 
lượng điện phát ra của tháng. Kết quả thu thập 
giá bán điện tháng của hai hồ từ khi tham gia 
thị trường điện cạnh tranh được thể hiện trên 
Hình 1 và 2. Kết quả tương quan trong mùa lũ 
và mùa kiệt tính đến tháng 10/2018 của hai 
TTĐ được thể hiện trên các Hình từ 3 đến 6. 
Hình 1. Giá bán điện tháng Hủa Na (đ/kWh) 
Hình 2. Giá bán điện tháng Cửa Đạt (đ/kWh) 
Hình 3. Tương quan mùa lũ Hủa Na 
Hình 4. Tương quan mùa cạn Hủa Na 
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Ja
n
Fe
b
M
ar
A
p
r
M
ay Ju
n
Ju
l
A
u
g
Se
p
O
ct
N
o
v
D
ec
2013
2014
2015
2016
2017
2018
0
200
400
600
800
1000
1200
Ja
n
Fe
b
M
ar
A
p
r
M
ay Ju
n
Ju
l
A
u
g
Se
p
O
ct
N
o
v
D
ec
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
y = -2.8812x + 1101.2
R² = 0.3904
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 50 100 150
G
iá
 t
h
án
g 
(đ
/k
W
h
)
Lượng điện tháng (triệu kWh)
y = 2.7092x + 946.37
R² = 0.1846
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80
G
iá
 t
h
án
g 
(đ
/k
W
h
)
Lượng điện tháng (triệu kWh)
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 3
Hình 5. Tương quan mùa lũ Cửa Đạt 
Hình 6. Tương quan mùa cạn Cửa Đạt 
Các Hình 3 và 5 cho thấy, điện lượng phát ra 
trong mùa lũ của cả hai hồ càng cao thì giá bán 
điện càng giảm và ngược lại trong mùa cạn 
(Hình 4 và 6). Tuy nhiên, tỷ lệ tăng và giảm 
trong mỗi mùa của hai hồ có khác nhau. Điều 
này cho thấy, giá điện trong mùa lũ hoàn toàn 
phù hợp với quy luật của thị trường khi nguồn 
cung tăng thì giá thành sẽ giảm. Ngược lại, 
trong mùa cạn thì giá điện lại không tuân theo 
quy luật thị trường, nguyên nhân là trong 
những thời điểm giá cao do thiếu nước hoặc 
nhu cầu phụ tải tăng cao của hệ thống nên các 
NMTĐ đều huy động phát nhiều vào thời điểm 
đó để thu được nhiều tiền hơn. Nếu tháng nào 
đó của mùa kiệt có giá thấp, NMTĐ sẽ hạn chế 
lượng bán ra để dành phần sản lượng điện dư 
thừa cho tháng có giá cao khác trong mùa kiệt. 
Từ các dữ liệu thu được và phương trình quan 
hệ giữa giá bán điện bình quân tháng với sản 
lượng điện tháng, hệ số tương quan của dữ liệu 
trong mùa cạn Cửa Đạt là cao hơn mùa lũ Cửa 
Đạt. Điều này thể hiện, việc mục tiêu chính 
của Cửa Đạt trong mùa cạn là cung cấp nước 
tưới, đảm bảo nước sinh hoạt nên giá bán điện 
bình quân không thay đổi nhiều, mặc dù số 
lượng điểm dữ liệu thu được là nhiều nhất. 
Trong khi đó, hệ số tương quan mùa lũ của 
Hủa Na cao hơn mùa cạn Hủa Na, lý do là số 
liệu điểm quan hệ thu được mùa cạn Hủa Na 
nhiều hơn, một số tháng thuộc mùa kiệt lại là 
tháng giao mùa với mùa lũ (lũ sớm hoặc lũ 
muộn) làm giảm đi mức độ tương quan phù 
hợp. So sánh cả hai mùa của Cửa Đạt với Hủa 
Na, do mục tiêu chính của Cửa Đạt là tưới, nên 
mức độ biến đổi thường ít hơn của Hủa Na 
mặc dù tổng thời gian phát điện từ khi vận 
hành nhiều hơn. 
Dựa vào phương trình tương quan, có thể xác 
định giá bán điện biến đổi theo sản lượng điện 
phát ra. Khi tiến hành điều tiết, tức là thay đổi 
sản lượng điện phát ra, giá bán điện cũng thay 
đổi tương ứng và làm doanh thu thay đổi. Đây là 
cơ sở, để xác định hàm mục tiêu là doanh thu lớn 
nhất của cả hai hồ, hoặc từng hồ riêng rẽ khi tiến 
thành tính toán điều tiết liên hồ hoặc đơn hồ. 
2.2 Phương pháp tính toán 
Nghiên cứu sử dụng phương pháp quy hoạch 
động, áp dụng tính toán điều tiết nhiều năm 
liên hồ chứa với các phương trình cơ bản trong 
tính toán thủy năng kết hợp bổ sung các 
phương trình tương quan tính toán doanh thu 
từng tháng cho mỗi hồ dựa vào giá bán điện 
tháng biến đổi theo sản lượng điện tháng. 
Các phương trình thủy năng cơ bản gồm có 
ΔV = Vcuối – Vđầu 
ΔQ = ΔV/ΔT 
Qhạ_lưu_HN = Qđến_HN – ΔQHN – Qtổn_thất_HN 
Qphát_điện_HN = min(Qhạ_lưu_HN - QđậpHN; 
Q(Hphát_điện_HN)) 
Qhạ_lưu_CĐ = Qkhu_giữa + Qhạ_lưu_HN - ΔQCĐ – 
QDốc_Cáy – Qtổn_thất_CĐ 
Qphát_điện_CĐ = min(Qhạ_lưu_CĐ;Q(Hphát_điện_CĐ)) 
y = -2.253x + 757.29
R² = 0.1575
0
200
400
600
800
1000
0 20 40 60 80
G
iá
 t
h
án
g 
(đ
/k
W
h
)
Lượng điện tháng (triệu kWh)
y = 4.1743x + 628.01
R² = 0.2745
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60
G
iá
 t
h
án
g 
(V
N
D
/k
W
h
)
Lượng điện tháng (triệu kWh)
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 4
Vtrung bình = (Vđầu + Vcuối )/2 
hw = hw(Qphát điện) 
Hphát điện = Ztl – Zhl - hw 
Nkhả dụng = Nkd(Hphát điện) 
Npd = min(Nkd(Hpd); K * Qphát điện * Hphát điện) 
Epd = ΔT * Npd 
Giá bình quân KB1 được xác định theo 
phương trình tương ứng cho từng mùa (4 
phương trình tương quan) 
giá_bình_quân_tháng_KB1 = a x 
điện_lượng_tháng + b 
Doanh thu tháng được xác định theo sản lượng 
điện và giá bình quân tháng 
doanh_thu = giá_bình_quân_tháng x 
điện_lượng_tháng 
2.3 Thời đoạn và các điều kiện biên 
Các điều kiện biên được lấy từ quy trình và 
được bổ sung thêm từ tập hợp các đường mực 
nước đảm bảo phát được sản lượng hợp đồng 
Thời điểm tính toán được xác định từ đầu mùa 
lũ, ngày 1/7 hàng năm. Mực nước thời điểm 
năm đầu tiên được lấy bằng mực nước thực tế 
bình quân nhiều năm. 
 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Trung bình 
Hủa Na 217,93 216,46 221,01 228,68 220,8 220,98 
Cửa Đạt 79,15 75.98 80.82 73,56 75,76 79,08 77,39 
2.3 Trích đoạn code 
Ngôn ngữ Visual Basic được sử dụng trong lập 
trình tìm kiếm giá trị max về doanh thu hoặc 
các mục tiêu khác và xác định diễn biến đường 
mực nước thông qua các mảng lưu lại giá trị 
chỉ đến trước đây. 
If Bmax(i, j + 1, l1, l2) < Bmax(i, j, k1, k2) + 
B_HN + B_CD Then 
Bmax(i, j + 1, l1, l2) = Bmax(i, j, k1, k2) + 
B_HN * 10 + B_CD 
truoc_HN(i, j + 1, l1, l2) = k1 
truoc_CD(i, j + 1, l1, l2) = k2 
End If 
3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 
Diễn biến đường mực nước 46 năm; Phạm vi 
mực nước 46 năm và phạm vi làm việc tối ưu 
được xác định cho từng hồ theo các tiêu chuẩn 
của hàm mục tiêu. Các Hình từ 7 đến 12 thể 
hiện kết quả của phương pháp điều tiết sao cho 
doanh thu Hủa Na lớn nhất trước rồi đến 
doanh thu Cửa Đạt. 
Hình 7. Diễn biến MNTL 46 năm Hủa Na 
Hình 8. Diễn biến MNTL 46 năm Cửa Đạt 
215
220
225
230
235
240
01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07
M
ự
c 
n
ư
ớ
c 
th
ư
ợ
n
g 
lư
u
 (
m
)
Quá trình thời gian (tháng)
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07
M
ự
c 
n
ư
ớ
c 
th
ư
ợ
n
g 
lư
u
 (
m
)
Quá trình thời gian (tháng)
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 5
Hình 9. Phạm vi biến đổi MNTL 46 năm Hủa Na 
Hình 10. Phạm vi biến đổi MNTL 46 năm Cửa Đạt 
Hình 11. Phạm vi MNTL tối ưu 46 năm Hủa Na 
Hình 12. Phạm vi MNTL tối ưu 46 năm Cửa Đạt
Tổng hợp so sánh doanh thu và điện lượng của hai dạng hàm mục tiêu khác nhau 
Mục tiêu doanh 
thu 2 hồ lớn 
nhất 
Mục tiêu doanh 
thu Hủa Na lớn 
nhất 
Trung bình vận hành 5 
n m gă ần đây (từ 
10/2013 đến 9/2018) 
Doanh thu bình quân 
46 n m NMT Hă Đ ủa 
Na 
674,50 tỷ đồng 680,51 tỷ đồng 643,46 tỷ đồng 
Doanh thu bình quân 
46 n m NMT Că Đ ửa 
Đạt 
402,35 tỷ đồng 387,89 tỷ đồng 347,6 tỷ đổng 
Tổng doanh thu hai 
hồ bình quân 46 
n mă 
1076,85 tỷ đồng 1068,40 tỷ đồng 1031,35 tỷ đồng 
Sản lượng điện bình 
quân 46 n m NMT ă Đ
704,88 triệu 
kWh 
701,28 triệu kWh 613 triệu kWh 
210
215
220
225
230
235
240
245
01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07M
ự
c 
n
ư
ớ
c 
th
ư
ợ
n
g 
lư
u
 (
m
)
Quá trình thời gian (tháng)
70
80
90
100
110
01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07
M
N
TL
 (
m
)
Quá trình thời gian (tháng)
210
215
220
225
230
235
240
245
01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07
M
ự
c 
n
ư
ớ
c 
th
ư
ợ
n
g 
lư
u
 (
m
)
Quá trình thời gian (tháng)
70
80
90
100
110
01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07
M
ự
c 
n
ư
ớ
c 
th
ư
ợ
n
g 
lư
u
 (
m
)
Quá trình thời gian (tháng)
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 6
Hủa Na 
Sản lượng điện bình 
quân 46 n m NMT ă Đ
Cửa Đạt 
518,25 triệu 
kWh 
506,47 triệu kWh 422,96 triệu kWh 
Tổng điện lượng hai 
hồ bình quân 46 
n mă 
1223,13 triệu 
kWh 
1207,75 triệu 
kWh 
1001,2 triệu kWh 
Khi hai hồ phối hợp với nhau để điều tiết với 
hàm mục tiêu tổng doanh thu hai hồ lớn nhất, 
doanh thu của Hủa Na sẽ giảm thấp hơn so với 
phương thức điều tiết chọn mục tiêu doanh thu 
Hủa Na lớn nhất. Tuy nhiên, thiệt hại của Hủa 
Na sẽ nhỏ hơn lợi ích mà Cửa Đạt tăng thêm 
Doanh thu 
Hàm mục tiêu 
B năm tổng B năm Hủa Na B năm Cửa Đạt 
tỷ đồng tỷ đồng tỷ đồng 
B năm 2 hồ lớn nhất 1076.85 674.50 402.35 
B năm Hủa Na lớn nhất 1068.40 680.51 387.89 
Độ chênh lệch -8,45 +6,01 -14,46 
Kết quả tính toán cho thấy, nếu vận hành riêng 
rẽ, Hủa Na tự tối ưu trước rồi Cửa Đạt tối ưu 
theo lượng nước khu giữa và lượng nước 
xuống hạ lưu của Hủa Na thì doanh thu Hủa 
Na sẽ tăng bình quân 6 tỷ đồng/ năm nhưng 
doanh thu Cửa Đạt giảm bình quân 14,5 tỷ 
đồng/năm và tổng doanh thu 2 hồ giảm 8,5 tỷ 
đồng/ năm. Như vậy nếu hai hồ muốn phối 
hợp vận hành với nhau, do đây là hai chủ hồ 
khác nhau thì cần có hợp đồng phối hợp và 
phân chia lợi nhuận tăng lên của Cửa Đạt bù 
cho lợi nhuận bị thiệt hại của Hủa Na. Khi ký 
kết hợp đồng cần lựa chọn phương án điều tiết 
phối hợp hai hồ. Khi kết thúc năm cần so sánh 
kết quả với phương pháp vận hành riêng rẽ để 
có sự phân chia chính xác. 
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Khi hàm giá được xây dựng với thời đoạn 
tháng, thời đoạn tính toán cũng phải được 
phân chia theo thời đoạn tháng. Trường hợp 
thu thập được của nhiều năm hơn, có thể xây 
dựng hàm giá riêng cho từng tháng. Trong bài 
báo này, hàm giá được sử dụng chung cho các 
tháng của từng mùa. 
Theo xu thế về các số liệu đã thu thập, vào các 
tháng mùa kiệt, giá bán điện tháng thường tăng 
theo sản lượng phát ra, hay thực tế là khi thấy 
giá bán cao, các trạm đều cố phát ra một sản 
lượng lớn hơn bình thường. Tuy là hàm giá, 
ảnh hưởng đến sản lượng nhưng ta có thể dùng 
để mô phỏng quá trình điều tiết có sự biến đổi 
tương đương như vậy. 
Sản lượng điện theo hàm doanh thu, sẽ không là 
lớn nhất nhưng doanh thu nhận được là lớn nhất. 
Nếu tính toán theo hàm mục tiêu là điện lượng 
lớn nhất, điện lượng mùa lũ sẽ tăng lên nhiều 
hơn và điện lượng mùa kiệt giảm xuống, làm 
giảm mức an toàn cung cấp điện. Khi xét chọn 
đối chứng với trường hợp tính toán hàm mục 
tiêu cho điện lượng lớn nhất, doanh thu tương 
ứng của trường hợp này lại giảm nhỏ hơn trường 
hợp xét hàm mục tiêu cho doanh thu lớn nhất. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019 7
[1] Bộ Công thương, (2014). Thông tư 30/2014/TT-BCT về việc Quy định vận hành CGM 
Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi 1 (2011). Thuyết minh tính toán kỹ thuật, giai đoạn quản 
lý vận hành hồ Cửa Đạt; 
[2] Công ty tư vấn xây dựng Điện 1, (2009). Công trình thủy điện Hủa na, Thiết kế kỹ thuật 
giai đoạn 2; 
[3] EVN. Thanh toán sản lượng điện các năm 2013÷2018 Nhà máy thủy điện Hủa Na; 
[4] EVN. Thanh toán sản lượng điện các năm 2012÷2018 Nhà máy thủy điện Cửa Đạt; 
[5] Thủ tướng Chính phủ, (2018). Quyết định số 214 QĐ/TTg “Về việc ban hành Quy trình 
vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Mã”; 
[6] Nandalal, K.D.W. &Bogardi J.J., (2007). Dynamic Programming Based Operation of 
Reservoir Applicability and Limits, in Cambridge. 
[7] EVN, Phụ lục sản lượng hợp đồng các NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt các năm 2012-2018.