我国水、光电资源丰富，通过建立以水能调蓄为调度机制的多能互补系统，促进清洁能源并网消纳，是推动能源发展和电力系统转型的重要举措。与此同时，区域性清洁能源的高效利用，不仅对清洁能源基地运行管理影响重大，也将为“双碳”顺利完成做出巨大贡献。而如何制定合理的互补策略并充分挖掘库群的调蓄互补潜力，保障系统送电过程的稳定与可靠性能，则是完善互补系统与电力系统运行效能的关键技术。

光电等多种可再生能源具有随机波动的不稳定性。当互补系统发电功率的波动程度超出电力系统的调节能力时，将引发弃电风险，出现弃水、弃光等现象。一是不利于互补系统消纳电量效益；二是不利于电力系统稳定运行。另外，基于水、光互补性的评估方法，合理的装机容量比例有助于提升系统整体送电效益，并降低独立运行的不稳定风险。而对于工程特定的装机容量，通过多能互补方法提升混合能源的调节平衡能力，是保障新能源消纳电量与发电并网质量的重要途径。

但是，水电调节能力受装机容量限制还有水量资源的约束，短期光伏出力则具有波动性与不确定性。水光在短期内如何形成良好的互补策略，而该策略如何影响并调控中长期运营决策？上述问题具体表现为：①现有的出力波动指标难以保证高比例新能源渗透下电力系统的平稳运行；②传统的互补过程对于中长期运行效益与短期并网波动、弃电风险缺乏统筹考虑，所制订的方案难以满足发电场景不确定性集合下的决策偏好需求。

由于中长期调度对短期水电调节能力与光电随机波动性考虑不足，不利于高比例新能源渗透下水光互补系统长期消纳与短期并网的有效承接。河海大学水利水电学院、中国电建集团贵阳勘测设计研究院等单位的鲜于虎成、黄显峰等研究者，提出统筹中长期消纳电量效益与短期波动、弃电风险的调度方案，构建外层月度库容决策搜索与内层短期水光互补策略相耦合的双层嵌套调度模型与求解方法。

图1 短期互补策略

研究者基于水光出力特性解析两者的互补关系，对输电通道实施电量区域标识，旨在识别通道空间的多样化功能。将平抑系统出力波动与弃电风险作为提升并网质量的切入点，提出波动参数与波动平抑方法，旨在重构电量区域形成短期互补策略并生成效益风险量化信息，进而制订互补系统的发电计划与量化短期消纳电量、波动量、弃电量信息。建立中长期-短期双层嵌套调度模型与求解方法，引入水光消纳矢量关系协同粒子群算法提高模型求解效率。

图2 模型求解流程

他们通过模拟水光场景与选取波动参数确定决策边界，以此构建互补系统在多情景下的调度方案集。通过评估-决策，形成具有实际指导意义的运营风险与效益信息展示平台，该平台支持快速选取符合系统运营决策偏好的调度方案。

图3 风险与效益决策平台

研究者以澜沧江西藏段水光互补系统为研究背景（包括光伏电站和多个具有水力联系的梯级水电站，通过控制中心统一调度，采用水光发电打捆并网的输电模式，支持光伏装机容量占比超过50%），通过实例分析进行效果验证，为互补系统的多样化发展与碳中和战略目标提供新的技术思路。

他们指出，水光出力特性与互补关系揭示了消纳电量效益与波动、弃电风险之间的关联性，系统出力的波动风险平抑效果与水电能够调用的平衡电量呈正相关性，但平衡电量超出输电通道的水光消纳边界则会引发弃电风险。

此外，波动参数与“波动区域波动幅度”“峰谷差”指标具有良好的适配性，能够根据光电渗透与波动情况自适应引导水电平衡电量进行局部和整体波动补偿，在有限的调节能力下尽可能地保证系统出力趋近平滑稳定的阶梯直线输电形式。

研究者表示，双层嵌套优化框架通过波动参数与短期风险控制约束，对互补系统中长期效益优化与短期风险规避实现了有效调控。为决策者提供了风险与效益决策平台，有助于快速选取合理的调度方案，进而充分协调互补系统的能源综合利用效能与发电并网过程。

本工作成果发表在2023年第21期《电工技术学报》，论文标题为“考虑短期波动与弃电风险的水光互补系统中长期双层嵌套优化调度”。本课题得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国华能集团有限公司总部科技资助项目的支持。