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摘要：风电和水电是最具前景的可再生能源，两者互相结合的风水协同运行正在成为当今新能源研究领域的热点课题。为了充分学习已有的研究成果，并展开对风水联合发电更有效的研究，本文回顾了风水协同运行的发展历史，对风水协同运行的控制方法进行了总结与归纳。
关键词：风电；水电；风水协同运行
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0136-02
一、风水互补的可行性研究
由于自然风的随机性和不确定性，使得风电具有了波动性与间歇性的缺点，这给电网的稳定运行以及电能质量带来了较大的影响，同时也给风电场发电和运行计划的制定带来很多困难。[1，2]水电在时间的分布上却能够极大的弥补风电的不足，我国的大部分地区，夏秋时节风速较小，风电场的输出低，而此时正是雨季，雨量较大，水电站正好可以满足风电的负荷。而冬春季节，雨量较少，水库存水不足，水电站的输出不够，而这时风电场的输出较大，能够完美地满足水电场输出的负荷。
文献[3]对风力发电和水力发电的数学模型进行了数学计算，从供电率的增长和成本的减少两个主要关键进行论证，对已建成的小水电站用风电协同和待建的风电、水电站展开合理的规划，并通过具体的算例分析，验证了风水联合发电的可行性和后续发展。文献[4]根据云南省风电、水电的出力特性分析不同代表年风水互补协调运行的可行性，风电水电可以协调发展取长补短，提高电网供电的稳定性和经济性。文献[5-6]根据新疆阿勒泰地区的风能水能资源，构建该地区风电、水电互补系统，并进行潮流计算，验证了解决电网调峰及冬季稳定供电问题的正确性和可行性。
二、抽水蓄能电站和风电的联合运行
由于风电的随机性、间歇性，波动性难以稳定，使得大规模的风电并网造成了极大的困难，而储能系统能够合理的吸收能量并实时地释放出来的特点有效弥补风电的随机性和波动性，使得改善风电场输出功率成为了可能。储能系统能够通过输出正功率或负功率将风电的输出功率变得稳定，间接地将风电可控化，将电能质量相对地提高。储能系统和风电联合共同供电将是未来风电发展的一大方向。[7，8]
文献[9][10]根据能量转换的形式对储能技术进行了分类，并指出常见的储能方式，抽水蓄能在现在储能方式上占据着主要的地位。文献[11]提出了风力发电—抽水蓄能—海水淡化综合系统。建立了系统的数学模型，并对系统进行智能控制，搭建了控制系统硬件平台，提出了智能控制策略通过对数据的实时分析来判断整个系统的运行状态，通过对整个系统的智能化调度确保了综合系统运行的高效性和可靠性。文献[12]提出了风电与水电站联合运行的日内优化策略，通过水电站的抽水蓄能能力来抑制风电的波动性和不稳定性，从而使风电场运行和水电场的协同运行更加合理，利益最大化。
对于风能资源丰富的地区，抽水蓄能电站的建设不但具有具重大的经济价值，还能推动技术的发展，使得两种清洁能源联合发展。不过对于一个风电场需要搭配一个多大容量的抽水蓄能电站与之协同运行，这一系列问题还需要未来的学者专家们共同探讨。
三、常规水电站和风电的联合运行
目前大部分的研究都集中在风电与抽水蓄能的联合运行。但是，当前的电力系统中，绝大部分的水电都是常规水电，若仅仅为了风电并网而建造抽水蓄能电站不符合系统的经济效益。在风电大规模的并网情况下，风电装机容量在电网中的比重逐步增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，相应容量的调频电源需要同步的匹配增加。[13]文献[14]结合我国西北地区风电，水电资源充沛、调节性好的特点，提出了以水电优先为风电进行调峰，火电其次作为补偿的调节方法。该方法先根据水风协调运行原理推导水电可平衡的风电出力，再通过模拟的计算程序和算法计算出火电为风电提供的补偿能力，验证了其可行性。文献[15]以东北电网桓仁水电厂为例，从发电量及其调峰对风电消纳贡献效益最大化的角度出发，讨论了常规水电的年度运行方式的制定原则，建立了考虑水电为风电调峰的联合运行优化数学模型。文献[16]通过常规水电站与风电的协同运行，来抑制风电具有负荷时跟踪时间上的隨机性和不确定性，提高了风电的利用效率，增长了经济效益。文献[17]建立了风水联合调度的数学模型，得出联合调度模型不管是在保障风电上网、提高线路传输容量的利用率、改善联合体的整体经济效益等方面，都比独立运行模型要优越。这证明联合调度模型具有可行性和实用性。
总之水电厂对于对风力发电的波动性和随机性具有良好的调节作用，风水联合运行不但具有理论意义，更具有经济效益。实现风电场和水电厂联合运行将是解决大规模风电并网问题的一个有效途径。
参考文献：
[1]王海超，鲁宗相，周双喜.风电场发电容量可信度研究[J].中国电机工程学报，2005，25（10）：103-106.
[2]张新房，徐大平，吕跃刚，等.风力发电技术的发展及若干问题[J].现代电力，2003，（05）：29-34.
[3]刘惠敏，王世锋，刘伟，等.风水互补发电系统优化设计初探[J].水力发电，2007，（03）：77-79.
[4]万航羽，吴政声，丛翔宇，等.云南省风水互补协调运行探讨[J].机电信息，2013，（27）：25-27.
[5]于午铭，蔡万文，王习红，等.构建阿勒泰地区水电—风电互补系统[J].新疆电力，1999，（03）：1-6.
[6]晁勤，陈江.风电-水电互补电力系统潮流计算[J].新疆工学院学报，2000，（02）：90-94.
[7]袁小明，程时杰，文劲宇.储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景分析[J].电力系统自动化，2013，（01）：14-18.
[8]李强，袁越，谈定中.储能技术在风电并网中的应用研究进展[J].河海大学学报（自然科学版），2010，（01）：115-122. [9]張文亮，丘明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术，2008，32（7）：1-9.
[10]S.M.Schoenung，C.Burns.Utility energy storage applications studies[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，1996，11（3）：658-665.
[11]任岩，郑源，陈德新，等.风电—抽蓄—海水淡化综合系统及其智能控制[J].水力发电学报，2012，（03）：252-257.
[12]E.D.Castronuovo，JAP.Lopes.On the optimization of the daily operation of a wind-hydropowerplant[J].IEEE Trans on Power Systems，2004，19（3）：1599-1606.
[13]张丽英，叶廷路，辛耀中，等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报，2010，25：1-9.
[14]衣立东，朱敏奕，魏磊，等.风电并网后西北电网调峰能力的计算方法[J].电网技术，2010，（02）：129-132.
[15]黄春雷，丁杰，田国良，等.大规模消纳风电的常规水电运行方式[J].电力系统自动化，2011，35（23）：37-39，111.
[16]J.M.ANGARITA，J.G.USAOLA.Combinging hydro-generation and wind energe：bidding and opetation on electricity spot markets[J].Electric Power Systems Research，2007，77（5-6）：393-400.
[17]王文锋.风电—水电联合调度随机规划模型与方法[D].桂林：广西大学，2012.
Review and Prospect of the Wind and Hydro Power Coordinating Operation
LI Da-peng，YANG Xiu-yuan，ZHANG Li，WANG Meng
（Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China）
Abstract：Wind power and d hydro power is one of the most promising renewable energy.Wind and hydro power coordinating operation which combine both of them is becoming the hot topic in the field of new energy.In order to study the research results within the field and conduct more in-depth exploration on it.This article reviews the history of the development of wind and hydro power coordinating operation.The existing control methods of wind and hydro power coordinating operationwere was summarized systematically.The problems which should be solved forwind and hydro power coordinating operationwere proposed.
Key words：wind power；hydro power；wind and hydro power coordinating operation
关键词：风电；水电；风水协同运行
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0136-02
一、风水互补的可行性研究
由于自然风的随机性和不确定性，使得风电具有了波动性与间歇性的缺点，这给电网的稳定运行以及电能质量带来了较大的影响，同时也给风电场发电和运行计划的制定带来很多困难。[1，2]水电在时间的分布上却能够极大的弥补风电的不足，我国的大部分地区，夏秋时节风速较小，风电场的输出低，而此时正是雨季，雨量较大，水电站正好可以满足风电的负荷。而冬春季节，雨量较少，水库存水不足，水电站的输出不够，而这时风电场的输出较大，能够完美地满足水电场输出的负荷。
文献[3]对风力发电和水力发电的数学模型进行了数学计算，从供电率的增长和成本的减少两个主要关键进行论证，对已建成的小水电站用风电协同和待建的风电、水电站展开合理的规划，并通过具体的算例分析，验证了风水联合发电的可行性和后续发展。文献[4]根据云南省风电、水电的出力特性分析不同代表年风水互补协调运行的可行性，风电水电可以协调发展取长补短，提高电网供电的稳定性和经济性。文献[5-6]根据新疆阿勒泰地区的风能水能资源，构建该地区风电、水电互补系统，并进行潮流计算，验证了解决电网调峰及冬季稳定供电问题的正确性和可行性。
二、抽水蓄能电站和风电的联合运行
由于风电的随机性、间歇性，波动性难以稳定，使得大规模的风电并网造成了极大的困难，而储能系统能够合理的吸收能量并实时地释放出来的特点有效弥补风电的随机性和波动性，使得改善风电场输出功率成为了可能。储能系统能够通过输出正功率或负功率将风电的输出功率变得稳定，间接地将风电可控化，将电能质量相对地提高。储能系统和风电联合共同供电将是未来风电发展的一大方向。[7，8]
文献[9][10]根据能量转换的形式对储能技术进行了分类，并指出常见的储能方式，抽水蓄能在现在储能方式上占据着主要的地位。文献[11]提出了风力发电—抽水蓄能—海水淡化综合系统。建立了系统的数学模型，并对系统进行智能控制，搭建了控制系统硬件平台，提出了智能控制策略通过对数据的实时分析来判断整个系统的运行状态，通过对整个系统的智能化调度确保了综合系统运行的高效性和可靠性。文献[12]提出了风电与水电站联合运行的日内优化策略，通过水电站的抽水蓄能能力来抑制风电的波动性和不稳定性，从而使风电场运行和水电场的协同运行更加合理，利益最大化。
对于风能资源丰富的地区，抽水蓄能电站的建设不但具有具重大的经济价值，还能推动技术的发展，使得两种清洁能源联合发展。不过对于一个风电场需要搭配一个多大容量的抽水蓄能电站与之协同运行，这一系列问题还需要未来的学者专家们共同探讨。
三、常规水电站和风电的联合运行
目前大部分的研究都集中在风电与抽水蓄能的联合运行。但是，当前的电力系统中，绝大部分的水电都是常规水电，若仅仅为了风电并网而建造抽水蓄能电站不符合系统的经济效益。在风电大规模的并网情况下，风电装机容量在电网中的比重逐步增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，相应容量的调频电源需要同步的匹配增加。[13]文献[14]结合我国西北地区风电，水电资源充沛、调节性好的特点，提出了以水电优先为风电进行调峰，火电其次作为补偿的调节方法。该方法先根据水风协调运行原理推导水电可平衡的风电出力，再通过模拟的计算程序和算法计算出火电为风电提供的补偿能力，验证了其可行性。文献[15]以东北电网桓仁水电厂为例，从发电量及其调峰对风电消纳贡献效益最大化的角度出发，讨论了常规水电的年度运行方式的制定原则，建立了考虑水电为风电调峰的联合运行优化数学模型。文献[16]通过常规水电站与风电的协同运行，来抑制风电具有负荷时跟踪时间上的隨机性和不确定性，提高了风电的利用效率，增长了经济效益。文献[17]建立了风水联合调度的数学模型，得出联合调度模型不管是在保障风电上网、提高线路传输容量的利用率、改善联合体的整体经济效益等方面，都比独立运行模型要优越。这证明联合调度模型具有可行性和实用性。
总之水电厂对于对风力发电的波动性和随机性具有良好的调节作用，风水联合运行不但具有理论意义，更具有经济效益。实现风电场和水电厂联合运行将是解决大规模风电并网问题的一个有效途径。
参考文献：
[1]王海超，鲁宗相，周双喜.风电场发电容量可信度研究[J].中国电机工程学报，2005，25（10）：103-106.
[2]张新房，徐大平，吕跃刚，等.风力发电技术的发展及若干问题[J].现代电力，2003，（05）：29-34.
[3]刘惠敏，王世锋，刘伟，等.风水互补发电系统优化设计初探[J].水力发电，2007，（03）：77-79.
[4]万航羽，吴政声，丛翔宇，等.云南省风水互补协调运行探讨[J].机电信息，2013，（27）：25-27.
[5]于午铭，蔡万文，王习红，等.构建阿勒泰地区水电—风电互补系统[J].新疆电力，1999，（03）：1-6.
[6]晁勤，陈江.风电-水电互补电力系统潮流计算[J].新疆工学院学报，2000，（02）：90-94.
[7]袁小明，程时杰，文劲宇.储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景分析[J].电力系统自动化，2013，（01）：14-18.
[8]李强，袁越，谈定中.储能技术在风电并网中的应用研究进展[J].河海大学学报（自然科学版），2010，（01）：115-122. [9]張文亮，丘明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术，2008，32（7）：1-9.
[10]S.M.Schoenung，C.Burns.Utility energy storage applications studies[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，1996，11（3）：658-665.
[11]任岩，郑源，陈德新，等.风电—抽蓄—海水淡化综合系统及其智能控制[J].水力发电学报，2012，（03）：252-257.
[12]E.D.Castronuovo，JAP.Lopes.On the optimization of the daily operation of a wind-hydropowerplant[J].IEEE Trans on Power Systems，2004，19（3）：1599-1606.
[13]张丽英，叶廷路，辛耀中，等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报，2010，25：1-9.
[14]衣立东，朱敏奕，魏磊，等.风电并网后西北电网调峰能力的计算方法[J].电网技术，2010，（02）：129-132.
[15]黄春雷，丁杰，田国良，等.大规模消纳风电的常规水电运行方式[J].电力系统自动化，2011，35（23）：37-39，111.
[16]J.M.ANGARITA，J.G.USAOLA.Combinging hydro-generation and wind energe：bidding and opetation on electricity spot markets[J].Electric Power Systems Research，2007，77（5-6）：393-400.
[17]王文锋.风电—水电联合调度随机规划模型与方法[D].桂林：广西大学，2012.
Review and Prospect of the Wind and Hydro Power Coordinating Operation
LI Da-peng，YANG Xiu-yuan，ZHANG Li，WANG Meng
（Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China）
Abstract：Wind power and d hydro power is one of the most promising renewable energy.Wind and hydro power coordinating operation which combine both of them is becoming the hot topic in the field of new energy.In order to study the research results within the field and conduct more in-depth exploration on it.This article reviews the history of the development of wind and hydro power coordinating operation.The existing control methods of wind and hydro power coordinating operationwere was summarized systematically.The problems which should be solved forwind and hydro power coordinating operationwere proposed.
Key words：wind power；hydro power；wind and hydro power coordinating operation