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水 利 学 报

2021 年 6 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 6 期

文章编号：0559-9350（2021）06-0712-11

嵌套短期弃电风险的水光互补中长期优化调度研究

明 波 ，李 研 ，刘 攀 ，王义民 ，马川惠 ，黄 强 1
1，2
1
1
2
1
（1. 西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；
2. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072）
摘要：传统水光互补中长期调度模型未考虑光电的短期随机波动性，忽略了短期弃电风险，由此制订的调度规则
难以有效协调光电消纳与流域水资源综合管理。本文提出嵌套短期弃电风险的水光互补中长期优化调度方法。首
先，分析水电与光电联合运行过程中可能产生的弃电情形，并对弃电损失进行量化；其次，基于日调度模型的多
情景分析制订中长期弃电损失函数，以定量表征水电出力与光伏弃电率之间的关系；最后，将弃电损失函数嵌套
在中长期优化调度模型中，推导互补系统的适应性调度规则，识别水库年末消落水位关键控制因子。以龙羊峡水
光互补工程为实例，研究表明：（1）弃电损失函数呈 S 形，水电出力过低或过高均不利于光电消纳；（2）月末水位/
库容为输出变量、可用能量为输入变量的调度函数能较好地指导水光互补中长期调度；（3）互补情景下水库年末
消落水位受年初水位、当年水流入能和当年水电站发电量显著影响，而受光伏年发电量影响较小。
关键词：水光互补；弃电；中长期调度；调度规则；年末消落水位
中图分类号：TV697.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200659

1 研究背景

［1］
可再生能源的开发利用是保证未来能源安全以及应对全球气候变化的重大战略举措 。然而，以
［2］
风、光电为代表的可再生能源出力具有间歇性、波动性和随机性 ，直接并网会对电力系统的安全、
［3］
［4］
稳定运行带来极大压力 ，从而引发弃电（弃风、弃光、弃水） 。利用资源的天然互补性，同时发挥
水电的灵活调节性，实施多能互补运行，是促进新能源消纳的一种有效途径 ［5-7］ 。常见的多能互补系
［8］
［9］
统包括水光互补系统 、水风互补系统 、水风光互补系统 ［10］ 等。
为进一步提高多能互补系统的运行性能，亟需对其优化调度问题展开系统、深入的研究。由于
风、光电等本身无法被调节，多能互补调度的本质依然是风、光电等接入边界条件下的水电站水库
再调度（Reservoir Reoperation）。因此，传统的水电调度理论、模型与方法可进一步扩展至多能互补优
化调度中，如隐随机优化 ［11］ 、显随机优化 ［12］ 、参数-模拟-优化 ［13-14］ 等。然而，相比于传统水电系
统，多能互补系统的维度更高，不确定性输入更多，调度任务间的竞争性更强。如何有效解决大型
多能互补系统的优化调度问题，成为目前水资源与能源交叉学科的重点研究方向。
由于风、光出力的不确定性主要体现在短期，现有多能互补优化调度研究也多半集中在短期，
主要包括不确定性表征、互补调度建模以及调度模型的高效求解等方面。如 Fang 等 ［15］ 提出了满足不
同负荷需求的水光互补模拟运行方式，据此进行光伏装机容量规划。Hu 等 ［16］ 采用改进的生成性对抗
网络表征风-光高维时空相关性，提出了大规模风光水系统短期优化调度混合整数规划模型，通过两

收稿日期：2020-08-21；网络首发时间：2021-04-15
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210415.1006.001.html
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基金项目：博士后创新人才支持计划项目（BX20200276）；中国博士后科学基金项目（2020M673453）；国家自然科学基金项目
（52009098，U1865201，U1965202）
作者简介：明波（1989-），博士，副教授，主要从事多能互补调度研究。E-mail：mingbo@xaut.edu.cn
通讯作者：黄强（1958-），教授，博士生导师，主要从事水资源系统分析研究。E-mail：wresh@mail.xaut.edu.cn
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