摘要
在碳达峰、碳中和“3060目标”下的低碳新时代，水电作为调峰调频能力突出的可再生能源，将对风电和光电发挥更大的调节作用。然而，实现水风光互补发电必须保证水力发电机组安全稳定运行和水风光资源的充分利用。具体来说，一方面水力发电机组频繁调节出力过程中，会出现多台机组长时间带部分负荷运行、负荷调整频繁、频繁跨越振动区等问题；另一方面，如何确定水风光互补发电系统容量配置方案及优化调度策略对可再生能源消纳利用具有重要意义。鉴于此，本文从水风光互补发电系统容量配置和优化调度的角度出发，研究水力发电机组稳定运行和水电对风电、光电的消纳，并取得以下主要成果： 1.围绕水风光互补发电系统建模问题，为了描述水电对风电和光电的功率补偿过程，从系统科学角度出发，将水风光互补发电系统分为水力发电系统、风力发电系统、光伏发电系统等三个子系统，利用Simulink仿真平台建立子系统模型，通过耦合子系统模型后建立水风光互补发电系统模型；对已建立的水风光互补发电系统模型进行仿真，在系统计划出力保持不变，风电或者光电出力增加/减少时，水电出力相应减少/增加，表明所搭建的模型实现了功率互补这一功能，从而有效减弱风电和光电入网给电网带来的影响。 2.围绕水风光互补发电系统容量配置问题，为了克服单一指标评估难以体现系统整体特性的问题，运用功率供应缺失率、失负荷概率、弃电率、互补性指标和单位运行成本五个指标，从供电可靠性、可再生能源利用情况、系统互补性和经济性四个维度量化评估了不同容量配置方案；建立了以系统运行成本最小为目标函数的容量配置优化模型；最后将成果运用到实际工程案例中验证模型和评估指标的可靠性和有效性。 3.围绕水风光互补发电系统优化调度问题，从保证水力发电机组安全稳定运行和发掘水电调峰能力角度出发，在水风光发互补电系统中将水力发电机组振动区约束与水力发电机组功率分配结合，研究水力发电机组在规避振动区的同时，满足风电和光电调峰需求；构建水风光互补发电系统优化调度多目标数学模型，通过非支配遗传排序算法和多目标粒子群算法进行求解；分析互补过程中来水量、电力系统计划出力、机组振动区和气象条件等因素下的系统运行特性。 综上所述，本文将理论分析与实际工程案例相结合，从水力发电机组安全稳定运行和可再生能源高效利用的角度展开分析，对提高水力发电机组的灵活运行和维护区域电力系统的安全可靠性具有一定的科学意义价值，从而为工程实践提供指导。
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