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储能不受地形因素影响，可在原有梯级水电站的基础上直接进行改造，并且抽水储能与发电可同步进
行，灵活性较强；同时，通过合理调度，不会产生严重的生态环境问题。然而，现有文献缺少对梯级
互补储能概念以及运行方式的相关介绍，特别是对于梯级互补储能消纳新能源作用机制方面缺乏足够
的认识。鉴于此，本文首先对梯级互补储能的定义、运行方式进行介绍，在 “以水定电” 模式下，结
合模拟和优化方法，探索梯级互补储能对新能源的长期消纳作用，具体包括如下三个问题：梯级互补
储能消纳电网弃电的整体运行效率有多高；梯级互补储能中梯级水电站电量增加的主控因素有哪些；
储能运行模式下，梯级水电站运行方式又是如何变化的。本文以龙羊峡 － 拉西瓦梯级互补储能为例，
验证结果的合理性和有效性。

２ 梯级互补储能的定义及运行方式

梯级互补储能是在梯级水电站水库之间增设大型泵站，服务大规模新能源消纳的水工程集合体
（图 １）。其本质依然是抽水储能，但其建设、运行管理方式与传统抽水蓄能不同。此外，与电化学储
能相比，梯级互补储能具有调节周期长、容量大、安全系数高等优点。储能原理是通过梯级水电站水
库以及泵站的联合调蓄以循环利用水资源，从而实现剩余电能的时移。具体运行方式可概括为：当新
能源产生剩余电能（实际发电量低于最大发电能力，即 “弃风、弃光”）时，采用大型泵站从下级水库
抽水至上级水库，将剩余电能以水的势能储存，即充电；当电网用电需求不能满足时，通过水电站原
有机组发电，即放电。

图 １ 梯级互补储能结构示意图

３ 梯级互补储能调度规则型式

调度规则是指导水电站水库运行的最有效工具之一。本研究在 “以水定电” 模式下，依据调度规
则生成梯级互补储能长系列调度过程。考虑梯级互补储能的基本构成单元（上级水库、下级水库以及
泵站），确定其调度规则通用型式。根据当前时段电网可能产生的弃电量以及上、下级水库时段初蓄
水量，生成当前时段梯级互补储能调度决策（即当前时段上、下级水电站出力及泵站的抽水流量），函
数型式如下：

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