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为应对气候变化挑战和能源短缺危机,全球电力供应逐渐倾向于水、光、风等清洁可再生能源。然而,由于光、风能源具有随机性、波动性、不可预测性的自然特性,单一的光、风能源无法保证供电可靠性,且会产生大量弃电现象。鉴于水电机组启停迅速、出力调节快、调峰能力强等优势,由水、光、风能源组成的水-光-风多能互补系统逐渐受到世界各国的青睐。容量配置与优化运行一直是多能互补系统面临的两大关键难题。因此,如何确定水-光-风多能互补系统的容量配置方案及优化运行策略对大规模水-光-风多能互补系统的开发及清洁能源消纳长效机制的建立意义重大。鉴于此,本文以青海省黄河上游多能互补系统为例,从多能互补系统容量配置与优化运行两方面出发,开展水电互补型清洁能源系统容量配置与优化运行研究。本文的主要研究内容及成果如下:（1）提出了流域梯级水-光互补系统光伏容量配置方法。该方法通过分析电网典型日负荷特征,提出了采用时间参数和特征参数描述电力送出需求的多段线泛化方法;综合考虑水电站群径流特征、电力送出需求、水库调蓄特性和梯级水力水量联系等,构建了流域梯级水-光互补系统光伏容量配置数学模型;基于历史日均径流特征,提出了量化和评价梯级水电站群互补光伏能力的互补保证率指标。将该方法应用于黄河上游班多-羊曲梯级水-光互补系统,研究表明随着光伏装机容量的增大,水电站互补光伏的日均径流带宽及互补保证率逐渐降低。对于径流式水电站,水-光互补系统应根据光伏出力特点,采取日三段线互补运行方式;对于日调节水电站,水-光互补系统可根据实际负荷需求,采取日三段线或日五段线互补运行方式。因此,在日三段线互补运行方式下,建议班多、羊曲、班多-羊曲梯级水电站互补光伏容量分别为138.3、578.9、593.8 MW;在日五段线互补运行方式下,建议羊曲、班多-羊曲梯级水电站互补光伏容量分别为627.3、681.3 MW。此外,径流式水电站互补光伏容量主要受制于上游来流和水库调蓄库容,而日调节水电站互补光伏容量主要受制于上游来流和水电装机容量。采取上游水库调蓄、增加水电装机容量、增加水库调蓄库容后,互补保证率的平均增幅分别为0.128、0.081、0.061。因此,在流域梯级水-光互补系统规划建设和实际运行时应合理选择上述三种措施,以提高水-光互补性能。（2）提出了流域梯级水-光互补系统短期优化运行研究框架。该框架基于电网典型日负荷特征和光伏出力特性,提出了采用日均净负荷和波动系数描述梯级水-光互补系统净负荷的方法;综合考虑系统负荷特征、光伏出力特性、径流特征、水库调蓄特性和梯级水力水量联系等,构建了流域梯级水-光互补系统短期优化运行数学模型;基于净负荷波动系数,提出了梯级水电站协同调峰策略。将该框架应用于黄河上游班多-羊曲梯级水-光互补系统,研究表明梯级水电站日发电量与剩余负荷波动之间存在明显的竞争关系。此外,梯级水-光互补系统的调峰任务主要由日调节水电站承担,而系统的基荷任务由径流式水电站和日调节水电站共同承担。梯级水-光互补系统应根据日均径流和光伏出力特性（天气类型）确定梯级水-光互补系统在电网承担角色（单峰、双峰负荷）。晴天、多云天、沙尘天,当日均径流小于水电站额定流量的30%时,梯级水-光互补系统应承担单峰负荷,反之,梯级水-光互补系统应承担双峰负荷;雨天和雪天,梯级水-光互补系统在不同日均径流下均应承担双峰负荷。班多-羊曲梯级水电站相对位置互换后,梯级水-光互补系统中各水电站的基荷出力、峰荷出力及日内运行方式均发生变化,剩余负荷标准差平均提高了4.1%（晴天）、29.8%（雨天）。因此,在制定流域梯级水-光互补系统短期优化运行策略时需要综合考虑梯级水电站相对位置、水库调蓄库容、光伏出力特性、日均径流特征及日负荷需求特征等。（3）提出了流域大规模水-光-风互补系统容量配置及经济性评估方法。该方法在流域梯级水-光互补系统光伏容量配置方法的基础上,综合考虑水电理论互补光风能力、光风出力特性、上网电价、社会折现率、组件成本、土地成本等因素,构建了以光伏电站和风电场的全生命周期净现值最大为目标的流域大规模水-光-风互补系统容量配置及经济性评估数学模型;提出了光伏电站和风电场典型日出力确定方法;提出了光伏电站和风电场最佳容量占比数学模型。将该方法应用于青海省省内黄河上游大规模水-光-风互补系统,研究表明青海省省内黄河上游梯级水电站对应的大规模水-光-风互补系统均经济可行,其中龙羊峡至大河家梯级水电站实际最佳互补光风总装机容量分别为603.9、1946.5、91.4、938.7、70.5、156.3、751.5、133.2、129.2、525.1、30.9 MW。相比水电独立运行,水-光-风互补运行后黄河上游梯级水电站的多年平均弃水量、弃水率及线路利用小时均增加,且弃水主要发生在汛期。通过龙羊峡-刘家峡梯级水库的联合调节,可在不改变黄河上游干流水量调度的前提下降低水电站弃水（弃水率降至为0）、提高水-光-风互补性（互补保证率增幅为0.35）,且龙羊峡-刘家峡梯级水电站年发电量平均提高1.89%。此外,流域大规模水-光-风互补系统容量配置及经济性评估模型对光伏上网电价、光伏年平均利用小时数、社会折现率、风电上网电价、风电年平均利用小时数五种参数最敏感。