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水 利 学 报

２０２２年 １１月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １１期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１１ － １２９１ － １３

水风光互补系统灵活性需求量化及协调优化模型

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申建建 ，王 月 ，程春田 ，张聪通 ，周彬彬 ２
（１．大连理工大学，辽宁 大连 １１６０２４；２．云南电力调度控制中心，云南 昆明 ６５００１１）
摘要：利用水电等灵活性调节电源平抑间歇性风光发电是解决新能源规模化并网消纳的重要途径。依托云南电网
实际工程，提出灵活性需求量化方法，采用分位点确定了风光电站集群出力概率分布的取值变化区间，生成不同
概率的出力场景集，以量化描述面临计划的灵活性需求；集成 ６种灵活性调节指标，构建了灵活性裕量期望最大
和不足期望最小模型，能够动态适应不同场景的水风光互补调度需求。通过实际数据分析了灵活性需求量化的准
确性，以及不同来水条件、新能源接入比例、风光装机比例、水电机组特性、调峰需求对灵活性的影响，与预留
备用容量方法相比，本文模型能够根据灵活性需求变化给出多类型电源互补调度方案。
关键词：灵活性；多能互补；短期调度；调峰；风光电站群
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ２１３ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０２０２

１ 研究背景

中国 “双碳” 目标下，风、光等间歇性可再生能源并网规模将急剧增大，预计 ２０３０年、２０５０年
新能源装机比重将分别达到 ３８％、７０％ ［１］ ，如此大规模间歇性电源接入电网势必加大弃风、弃光风
险 ［２］ ，导致电力系统短期运行的灵活性调节需求大幅增加 ［３ － ４］ ，这种情况下如何量化风光发电波动的
灵活性需求、如何开展风光与水电、抽蓄等可调节电源互补运行，就成为建设以新能源为主电力系统
的重大挑战，事关我国电网安全、稳定和清洁能源消纳 ［５］ 。
对于风光电源规模较小的系统，采用备用容量预留可以有效应对功率、负荷等不确定性。然而，
随着系统中风光装机占比不断加大，受其发电出力的不确定性与大幅波动影响，预留备用容量的方法
会显著增加系统成本 ［６ － ７］ ，核心问题在于准确量化消纳不确定性风光发电的灵活性需求。目前已有研
究提出了一些灵活性评价指标，总体可分为三类：第一类是评价资源灵活性供给能力的指标 ［８ － ９］ ，包
括爬坡能力、最短启停时间、开机时间、响应时间、最小稳定出力等，爬坡能力决定了负荷跟踪能
力，最短启停时间、开机时间、响应时间则影响着爬坡速率，而最小稳定出力限制了下调幅度。这些
指标主要用于比较不同资源的灵活性调节能力，常作为调度模型的输入参数 ［１０ － １１］ ，以确定系统可提供
的灵活性调节能力；第二类是评价系统灵活性需求的指标 ［１２ － １３］ ，包括净负荷爬坡率、爬坡加速度，分
别指净负荷随时间变化的导数和二阶导数，二者共同决定了净负荷曲线的变化趋势，主要用于分析日
内的负荷变化特征，以量化灵活性需求，这样就可以评估系统需要多少灵活性资源来满足负荷的不确
定性 ［１４ － １５］ ；第三类是评价系统灵活性供需关系的指标，包括系统灵活性调节能力无法满足需求时的灵
活性不足概率及期望 ［１６ － １７］ ，主要用于评价系统的整体灵活性水平；由于灵活性资源的上调能力与下调
能力确定方式不同，使得灵活性上调与下调能力可能存在较大差距，所以在进行灵活性供需分析时，

收稿日期：２０２２ － ０３ － ２３；网络首发日期：２０２２ － ０７ － ０６
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０７０５．１１３５．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５２０７９０１４，５２０３９００２）
作者简介：申建建（ １９８４ － ），教授，博士生导师，主要从事水电系统调度、水风光储多能互补、电力市场交易等研究。Ｅ － ｍａｉｌ：
ｓｈｅｎｊｊ＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．
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