随着风电和光伏电站开发利用规模的不断扩大,其随机性、波动性、间歇性、不可调节性等给电网运行带来了新的挑战。水电具有启闭迅速、调节能力强等优点,是风电和光电理想补偿电源。同时,随着储能技术的不断进步,储能电站也能够用于解决新能源消纳问题。因此,研究水-风-光-储多能互补问题,对清洁能源的充分利用、优化能源结构和节能减排具有重要的意义和应用价值。本文以黄河上游千万千瓦级多能互补电站群为研究对象,在兼顾电网安全运行和水电效益的基础上,研究了风电与光电之间的天然互补性,建立了水-风-光互补运行多目标优化调度模型和储能电站优化运行模型,分析了大规模水-风-光-储电站群在不同季节、不同天气条件下的互补运行规律,。本文取得的主要研究成果如下:(1)提出一种结合Gibbs抽样与拉丁超立方体抽样的Gibbs-LHS场景抽样方法,结合各月风电出力标幺值,有效延展了各月风电场景资料。(2)采用同步回代缩减法,选择各月典型风电和光电出力场景并得到其概率。建立风电与光电互补性评价体系,从独立发电性能、互补性、联合发电性能三个方面全面评估了风电与光电的天然互补性,结果显示,风电与光电之间的互补性有限,需要其他可调电源互补调节。(3)以梯级水电日均出力最大和系统剩余负荷波动最小为目标,建立了水-风-光联合互补多目标优化调度模型,采用NSLDE算法求解模型。分析优化调度结果可得,梯级水电效益与系统剩余负荷波动之间存在明显且复杂的竞争关系。通过水电的互补运行能够显著增强系统出力的负荷追踪能力,降低剩余负荷峰谷差。茨哈峡水电站作为该梯级水电站的“龙头电站”,承担着互补运行“错峰”调节的任务;下游的班多和羊曲水电站需配合茨哈峡水电站“错峰”运行,并按需承担负荷追踪任务。(4)基于优化调度结果,揭示了风电与光电的波动、径流变化及储能电站对多能互补运行的影响。水-风-光互补运行效果随着径流的增大先升高后降低,最适宜黄河上游多能互补电站群运行的流量为1000m3/s;汛期夜间风电出力大有利于梯级水电效益,减小水电站弃水,而风电与光电的季节性互补则不利于水-风-光的联合互补运行;阴雨天气的互补运行效果普遍优于晴天。(5)构建储能电站优化运行模型,揭示储能电站运行规律。储能电站能够进一步减小剩余负荷波动,平滑水-风-光联合出力过程,其运行效果随着负荷波动的减小而增大。