四川省电力公司韩晓言团队特稿：梯级水光蓄互补联合发电关键技术与研究展望
韩晓言，博士，教授级高工，作为项目负责人主持国家重点研发计划项目1项，主持和参与省部级、国家电网公司等科技项目20余项，发表学术论文40余篇，出版学术专著2部，任国际大电网委员会CIGRE C4.45中国工作组成员及国家电网公司国内专家工作组组长，获省部级科技进步奖10余项。
丁理杰，博士，教授级高工，全国青年岗位能手，国家电网公司工程技术专家，主持完成“川藏联网工程”系统调试，主持和参与省部级课题20余项，发表SCI/EI论文50余篇，申请/授权发明专利50余项，获省部级科技进步奖5项。
陈刚，博士，高级工程师，国网四川省电力公司优秀技术人才。作为任务负责人承担国家重点研发计划项目2项；主持和参与国家电网公司科技项目10余项；参与编写电力行业标准3项，团体标准和企业标准各1项；发表论文50余篇，其中SCI/EI检索40篇；申请发明专利40余项，授权15项；获省部级奖励3项。
本文总结了近年来可再生能源互补联合发电的研究现状，分析了水光互补的特点和模式，提出了梯级水光蓄互补联合发电面临的科学问题和关键技术。
在此基础上，从容量配置与优化规划、联合运行控制与智能调度、变速恒频抽蓄成套设备研制以及应用示范四个方面，提出了梯级水光蓄互补联合发电系统的研究框架，为梯级水光蓄互补发电技术研究和相关工作开展提供了研究思路。
水电是我国装机容量最大的可再生能源，是实现多能互补发电的重要纽带，充分挖掘水电与风电、光伏直接的互补特性，开展与水电相关的互补发电技术研究具有重要的理论和实践意义。然而，当前研究中主要考虑单个大容量水电站与光伏等新能源的互补，缺乏对梯级水电资源的充分利用。
本文结合国家重点研发计划项目“分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范”，以梯级水光蓄互补联合发电系统的关键技术为研究对象，针对梯级水光蓄互补联合发电系统的规划设计、运行控制与智能调度方面的关键技术进行了展望，为解决梯级水电和光伏联合供电及送出问题，实现光伏电站友好接入电网提供了思路。
水光互补模式包括中长期电量资源层面上的互补、短期调度计划层面上的互补、实时控制层面上快速功率波动的互补。小水电具有天然的季节特性，在丰枯期有不同的互补运行方式，如表1所示。
表1 不同季节梯级水光蓄互补方式
梯级水光蓄互补联合发电系统面临的科学问题为多时间尺度耦合随机优化与控制问题。
关键技术包括：1）适应复杂动静态工况多时间尺度规划；2）考虑随机特性的智能调度与优化控制；3）动态运行区间分析与集群控制；4）变速恒频抽水蓄能成套设备研制。
其中关键技术1、2、3分别对中长期电量互补、短期电力互补和实时控制互补三种互补模式，在考虑光伏随机特性和多时间尺度耦合的情况下实现互补系统的优化控制；关键技术4是实现互补的关键纽带之一。
本文分别从容量配置与优化规划、联合运行控制与智能调度、变速恒频抽蓄成套设备研制以及示范应用四个方面开展研究，提出了研究框架和技术路线，如图1、图2和图3所示，最终通过建设梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程实现研究成果的集成和应用。
图1 容量配置与优化规划研究技术路线
图2 联合运行控制与智能调度研究技术路线
图3 变速恒频抽蓄成套设备研制技术路线
图4 梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程示意图
该研究分析了梯级水光蓄互补联合发电系统的特征和互补模式，提出了“多时间尺度耦合随机优化与控制”科学问题和“适应复杂动静态工况多时间尺度规划”等4个关键技术问题，围绕解决科学技术问题，阐述了梯级水光蓄互补系统的研究框架和技术路线，为梯级水光蓄互补发电技术研究和相关工作开展提供部分研究思路。
随着分布式光伏等新能源的进一步开发，就近与小水电等常规能源互补联合供电是有效保障地区电网供电能力、提升分布式能源友好并网水平的重要途径，希望本文的研究可为未来水光等多能源互补研究提供参考。
韩晓言, 丁理杰, 陈刚, 刘俊勇, 林今. 梯级水光蓄互补联合发电关键技术与研究展望[J]. 电工技术学报, 2020, 35(13): 2711-2722. Han Xiaoyan, Ding Lijie, Chen Gang, Liu Junyong, Lin Jin. Key Technologies and Research Prospects for Cascaded Hydro-Photovoltaic-Pumped Storage Hybrid Power Generation System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2711-2722.