Page 30 - 2024年第55卷第4期

力于揭示系统综合效益与储能容量最优机理，建立了风电 － 抽蓄联合系统综合效益模型，量化分析了
抽水蓄能机组容量、运行年限、成本收益对风电接入容量的影响；文献［ ９］提出一种水风光系统容量
配置优化方法，评估最优装机容量对互补系统上网电价、装机成本等参数的敏感性。此外，文献［ １０］
通过对水风互补系统的多年运行数据进行研究，分析了投资运行成本与发电效益的关系；而文献［ １１］
分析了可再生能源运行投入与发电收益之间的相关性，文献［ １２］以各利益主体发电量最大为目标，建
立了非合作模式下与合作模式下的调度模型，结果表明风－ 光 － 水 － 氢多主体合作运行可以提高每个主
体的发电效益；文献［ １３］考虑了水光系统联合运行的短期弃电风险，提出弃电损失函数量化方法，并
将其嵌套在系统模型分析弃电成本。
在基于多目标互补系统经济性优化策略方面，主要研究中长短期互补系统优化调度。文献［１４］构
建了双层优化模型，上层模型把净负荷波动最小和储能运行收益最大为优化目标，下层以机组运行成
本最小和弃风弃光最小为优化目标，结果表明多目标的双层优化策略可以改善系统的运行经济性；
文献［１５］构建了抽蓄机组长期调度优化模型，确保抽水 蓄能 机组 调 峰 填谷 的效 益最 优；文献 ［１６］
以系统总发电量最大、出力变异系数最小为目标，构建了风光水发电效益 － 稳定性多目标优化调度
模型，研究结果表明总发电量越 大，变 异系数 越 大，出 力平 稳 性 越差；文 献［１７］建 立 了一种含氢
储能的风电和水电联合优 化调 度主 从博弈 模型，以风 电和 水 电 效益 最 大 化，耗 水 量 最 小 为 目 标 函
数，结果表明该模型对增加联合系统总体 收益有较大 改 善；文献 ［ １８］考 虑 了 水电 机 组 限制运行区
约束和火电机组最小出力约束，提出考虑发电运行弹性空间的风水火联合优化调度方法，该方法有
效降低了电网运行成本。文献［ １９］针对电 源侧灵活 性 不足 问题，构 建 了 机组 运 行 成本 最小，碳排
放成本最低为目标的风光火蓄日前优化调度模型，结果表明综合运行成本和碳排放量、弃风弃光量
均有显著下降。
综合以上研究，在基于单目标成本量化分析方面，主要关注了多能互补系统的成本最优，而忽
略了水电机组的运行方式以及灵活运行时对自身寿命损伤的代价；而 基 于 多 目 标 系 统 优 化 策 略 方
面，从不同时间尺度模型探究最优调度方案，旨在减少支出成本将系统效益最大化，而未从系 统
整体稳定性和可靠性的角度建立目标函数。综合来看两类文献均没有考虑机组寿命同时耦合避 振
运行约束对系统经济性的影响，也未探讨运行成本、系统发电量以及功率与负荷偏差三者之间 的
相关性，基于此，本文将水电机组寿命损耗成本纳入经济性评估模型，构建多目标函数，深入 挖
掘运行成本、发电量、功率负荷偏差三者之间相互关系，实现对系统经济性的全面评价；以穿 越
振动区时长作为考量机组避振运行与 不 避 振 运 行 的 重 要 指 标， 探 究 机 组 稳 定 性 和 经 济 性 之 间 的
关联。

２ 水风光互补发电系统运行经济性评估模型

为开展水电机组在避振与非避振运行时寿命损耗对自身系统经济性的影响，本节首先建立了水风
光互补发电系统经济性评估模型，以运行成本最小，发电量最大，系统功率与负荷偏差最小为优化目
标，从系统约束、水库约束、机组约束角度进行精细化建模。
２．１ 目标函数 本文以机组运行成本、系统发电量和系统功率与负荷的偏差为目标函数，旨在实现三
者之间的协调优化。
２．１．１ 机组运行成本最小 机组运行成本是衡量系统运行经济性的关键指标。本节建立的水电机组疲
劳损耗成本量化方法，不仅考虑了机组启停成本、爬坡成本和固定成本等相关成本，而且将水电机组
疲劳损耗成本纳入考量。水电机组转轮疲劳寿命成本估算首先要考虑各运行工况下机组单位运行时间
内的转轮疲劳累积损伤。通过电阻应变测量法进行转轮叶片应力测试，利用式（ １）可将采集到的某一
工况下机组应变值换算为应力值 σ ：
σ ＝ Ｅ ε （１）
式中：Ｅ为与材料有关的弹性模量，ＭＰａ；ε 为由转轮应力引起的应变。

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