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水 利 学 报

２０２４年 ４月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ４期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０４ － ０４０３ － １３

考虑避振条件的水风光互补发电系统运行经济性评估

陈帝伊，张 猛，刘 泳，赵鹏罛，赵子文，何梦娇
（西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 ７１２１００）

摘要：为更加全面、准确评估水电机组在风光水互补发电系统中的经济性表现，本文将水电机组寿命损耗成本纳
入机组运行成本，建立以机组运行成本最小、发电量最大、功率负荷偏差最小为目标的风光水互补发电系统经济
性评估模型，充分考虑水电机组运行策略的区别，对比机组避振与不避振运行时的系统经济性特征与机组运行特
点。基于 ＮＳＧＡ － Ⅱ智能优化算法对模型求解，以国内某清洁能源基地为例分析了风光典型出力场景下系统运行
经济性。研究结果表明，相比水电机组不避振运行，采用避振运行方式的水风光互补系统虽然发电量和功率与负
荷偏差均值分别降低了 ０．０９％（０．０２ＧＷｈ）和 ２．１０％（１．８９ＭＷ），但运行成本均值下降了 ０．２４％（１．７１万元）。综合
来看，在发电量未有明显提升的情况下，虽然功率与负荷偏差方面不避振运行方式表现较为优越，但由于机组疲
劳损耗导致的运行成本显著增加、机组安全问题突出，其综合经济性表现不如避振运行方式。该研究对于优化水
风光互补系统中水电机组的运行方式，提高互补发电系统整体经济效益有一定指导意义。
关键词：水风光互补发电系统；经济性评估；避振运行；非支配遗传算法
中图分类号：ＴＭ７３２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０４７５
文献标识码：Ａ

１ 引言

我国水、风、光等可再生能源具有较好的互补特性，水风光一体化协同发展是可再生能源未来发
展方向。“十四五” 规划纲要明确提出，推动水电、风电与光伏发电协同互补，建设一批多能互补的
清洁能源基地 ［１ － ２］ 。风光水系统可充分发挥能源消纳优势、提升资源开发利用的经济性。系统经济性
评估有助于实现系统经济效益最大化，科学资源配置。
水电作为风光水互补发电系统中的唯一灵活性电源，对于减小系统弃风弃光和失负荷现象方面发
挥着重要作用。然而为了满足系统灵活性需求，水电机组需频繁进行负荷跟踪，以平衡风光出力对电
网造成的波动。水电机组频繁的工况转换和长时间的非最优工况运行，使水轮发电机易进入 Ｓ特性
区，会加剧水轮机转轮等关键部位的疲劳损伤和启停损耗，导致机组故障率增加，运行维护成本提
高，以及机组使用寿命缩短 ［３ － ５］ 。在考虑机组寿命损伤的前提下，揭示系统发电与运行成本之间复杂
的关系，可以帮助决策者制定最优发电策略，最大程度地延长机组寿命。因此，量化水电机组由于频
繁出力调节导致的寿命衰减及对应的成本损耗，将其纳入水风光互补发电系统经济性评估是促进系统
可持续发展和经济效益最大化的关键，从而保证系统的稳定性和经济效益。
当前相关学者主要围绕基于单目标成本最优的多能互补系统经济性量化分析和多目标的系统经济
性优化策略两方面进行研究。在基于单目标成本量化方面，研究主要集中在系统容量配置，文献［ ６］
以各电源的总成本最低为目标，结合电力需求和水量平衡约束，对水风光互补发电系统的容量配置进
行合理选优；文献［ ７］则加入了储能蓄电池，探究水风光储互补发电系统容量配置方案；而文献［８］致

收稿日期：２０２３ － ０８ － ０２；网络出版日期：２０２４ － ０３ － ０４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０２２９．１３１０．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金重点项目（５２３３９００６）
作者简介：陈帝伊（１９８２ － ），博士，教授，主要从事水电与新能源联合运行与控制研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｄｉｙｉｃｈｅｎ＠ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
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