近日，国际权威期刊《应用能源》(Applied Energy，IF=7.900，中科院大类一区top)、《能源转换与管理》(Energy Conversion and Management，IF=6.377，中科院大类一区top)、《清洁生产杂志》(Journal of Cleaner Production，IF=5.651，中科院大类二区) 发表刘攀课题组水/光互补调度系列研究成果，4篇论文平均影响因子达7.0。论文第一署名单位为武汉大学，刘攀教授为通讯作者，第一作者分别为2016级博士研究生明波和2017级硕士研究生杨智凯。

近年来，能源系统正在经历转型，电网中间歇性的可再生能源比重持续攀升，同时也存在严重的弃电现象。水/光互补调度是降低间歇性能源并网的不利影响，提高流域资源利用率的一种有效途径。由于光电的强随机性，水/光电联合运行使得传统水电调度决策的不确定增强。因此，如何在强不确定性条件下实现互补系统的安全经济运行，进一步揭示异质能源间的协同运行机理亟待深入研究。

针对水电和大规模光电的联合运行问题，分别从装机容量规划、中长期调度规则、短期发电计划编制、厂内经济运行4个方面展开系统研究，进一步揭示了水电和光电的协同运行机理。研究成果可对大规模水/光互补电站(图1)的安全经济运行提供参考，同时也进一步丰富和发展了传统水电调度理论和方法。

图1 龙羊峡水/光互补电站示意图

论文1：Optimizing utility-scale photovoltaic power generation for integration into a hydropower reservoir by incorporating long- and short-term operational decisions. 针对光伏电站装机容量规划问题，以成本效益分析为基本框架，建立了考虑嵌套长期和短期调度决策的水/光电联合运行数学模型，同时确定了光伏电站最优装机以及水电最优调度策略。结果表明：光伏电站全生命周期的净效益随光伏装机先增后减，存在极值点(图2)；利用水电补偿光电会削弱水电自身的发电量。

论文2：Deriving operating rules for a large-scale hydro-photovoltaic power system using implicit stochastic optimization. 针对水/光互补电站中长期调度问题，建立了确定性最优模型以及调度规则提取模型。结果表明：可用能量与时段末库容之间具有明显的线性关系(相关系数≥0.9)；水/光电联合调度后系统的发电量和发电保证率均得到了一定程度的提升;推导的调度规则明显优于常规调度规则。

论文3：Optimal daily generation scheduling of large hydro–photovoltaic hybrid power plants. 针对水/光互补电站日前发电计划编制问题(以水定电)，建立了考虑光伏出力不确定性双层规划数学模型。提出了利用集合直接搜索法、智能算法以及动态规划法的三层嵌套优化技术。所制订的发电计划特点在于：系统输出功率与机组状态在不同的光电场景下保持不变，可应对光伏出力预测的不确定性。结果表明：提出的模型与算法能在可接受的时间内提供稳健、高效的调度方案(图3);相比于实际调度，互补电站的日发电量提高了1.9%，水电机组在线时间降低了9.7%。

论文4：Robust hydroelectric unit commitment considering integration of large-scale photovoltaic power: A case study in China. 针对水/光互补电站厂内经济运行问题(以电定水)，分别建立了确定性和随机性机组组合数学模型。提出了嵌套智能算法与动态规划的双层嵌套求解技术。提出了处理机组连续开/停机约束的二维编码方法。结构表明：提出的二维编码策略可有效处理机组开/停机约束，同时对原问题进行了降维，实现了问题的高效稳定求解(图4)；相比于实际调度，确定性模型和随机性模型耗水量分别降低了1.5%和1.0%，凸显了光伏发电预测的重要性(图5)。

图2 不同经济因子下光伏电站净效益随装机容量变化趋势：(a)光伏补贴电价；(b)初始投资成本；(c)运行与维护费用

图3 水/光互补电站日发电计划示意图

图4 不同调度情景下机组负荷分配结果：(a)实际调度；(b)优化调度

图5 三种不同调度情景下(实际调度、确定性调度、随机调度)水库库容及累积省水量变化过程

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261917309194)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095965261831494X)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890418306101)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261918310468)

（编辑：陈欢）