源荷匹配下梯级水电站对新能源极端波动的调节能力量化评估

李彬; 张俊涛; 程春田

doi:10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.011

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

源荷匹配下梯级水电站对新能源极端波动的调节能力量化评估

综合 | 更新时间：2026-06-30

- 源荷匹配下梯级水电站对新能源极端波动的调节能力量化评估
- Quantitative Evaluation of Regulation Capacity of Cascade Hydropower Stations for Extreme Fluctuations of New Energy Under Source-Load Matching
- 人民珠江 2026年47卷第6期页码：116-132
- 作者机构：
  
  大连理工大学水电与水信息研究所，辽宁大连 116024
- 作者简介：
  
  李彬（2002—），男，硕士，主要从事水风光多能互补、新能源极端分析。
  张俊涛（1993—），男，博士，副教授，主要从事风光水蓄储多能互补规划与运行、水电系统调度。
- 基金信息：
  
  智能电网重大专项(2025ZD0804900);国家自然科学基金项目(52409010)
- DOI：10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.011
  中图分类号： TV7
- 收稿：2026-02-05，
  
  修回：2026-03-20，
  
  录用：2026-03-30，
  
  网络首发：2026-04-10，
  
  纸质出版：2026-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
李彬，张俊涛，程春田.源荷匹配下梯级水电站对新能源极端波动的调节能力量化评估［J］.人民珠江，2026，47（6）：116-132.

LI Bin,ZHANG Juntao,CHENG Chuntian.Quantitative Evaluation of Regulation Capacity of Cascade Hydropower Stations for Extreme Fluctuations of New Energy Under Source-Load Matching[J].PEARL RIVER,2026,47(06):116-132.
李彬，张俊涛，程春田.源荷匹配下梯级水电站对新能源极端波动的调节能力量化评估［J］.人民珠江，2026，47（6）：116-132. DOI： 10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.011.

LI Bin,ZHANG Juntao,CHENG Chuntian.Quantitative Evaluation of Regulation Capacity of Cascade Hydropower Stations for Extreme Fluctuations of New Energy Under Source-Load Matching[J].PEARL RIVER,2026,47(06):116-132. DOI： 10.3969/j.issn.1001-9235.2026.06.011.

摘要

极端天气下新能源出力持续极端波动与用电负荷攀升形成的剪刀差调节需求，已成为电网电力电量平衡面临的巨大挑战，量化大型流域梯级水电对新能源连续极端波动调节能力具有重要意义。利用中国西南某电网2016—2024年历史实际逐日新能源出力和负荷数据，采用双阈值定义法识别出6种新能源极端波动并得到负荷波动规律，通过线性方程拟合和皮尔逊相关性分析揭示了两者间的潜在趋势和相关性。基于此考虑复杂水力电力联系，建立了梯级水电站对负荷与新能源关联极端波动的调节能力量化评估模型，通过gurobi求解器高效求解。基于不同负荷波动场景，分析了消落期和蓄水期工况下梯级水电调节能力。结果显示风电和光伏极端波动年均分别发生22次和20次，风光复合极端波动年均发生3次。所有极端事件中负荷波动方向与新能源极端波动方向相反的概率约48%，仅光伏极端低波动的波动幅度与负荷波动幅度之间具有明显下降趋势和负相关性。梯级水电在该2种工况下对负荷与新能源关联极端高波动和低波动均有一定调节能力，且蓄水期的调节能力更强，对风光复合极端波动的调节能力整体比单一新能源极端波动要弱。故出现负荷与新能源关联极端波动时，梯级水电能为电网提供一定支撑能力，但对于更极端的负荷与新能源反向波动，需借助储能等手段来防御。

Abstract

The scissors difference regulation demand formed by the persistent extreme fluctuations of new energy output and the surge of power load under extreme weather has become a huge challenge for the power and energy balance of the power grid. It is of great significance to quantify the regulation capacity of large watershed cascade hydropower stations for the continuous extreme fluctuations of new energy. Using the historical actual daily output data of new energy in a power grid in Southwest China from 2016 to 2024

six types of extreme fluctuations of new energy were identified by the double-threshold definition method

and the load fluctuation law during the occurrence of extreme events was obtained. The potential trends and correlations between extreme fluctuations of new energy and changes in load demand were revealed through linear equation fitting and Pearson correlation analysis. On this basis

considering the complex hydraulic and electrical connections

a quantitative evaluation model for the regulation capacity of cascade hydropower stations for the associated extreme fluctuations of load and new energy was established

which was efficiently solved by the Gurobi solver. Based on different load fluctuation scenarios

the regulation capacity of cascade hydropower under the working conditions of drawdown period and impoundment period was analyzed. The results show that extreme wind power fluctuations and extreme photovoltaic fluctuations occur 22 times and 20 times per year on average

respectively

and combined wind-solar extreme fluctuations occur 3 times per year on average. Among all extreme events

the probability that the direction of load fluctuation is opposite to that of extreme new energy fluctuation is about 48%

and only the extreme low photovoltaic fluctuation amplitude has an obvious downward trend and negative correlation with the load fluctuation amplitude. When cascade hydropower stations are in the drawdown period or impoundment period with moderate water levels

they have a certain regulation capacity for both associated extreme high and low fluctuations of load and new energy

and the regulation capacity in the impoundment period is stronger. The overall regulation capacity for combined wind-solar extreme fluctuations is weaker than that for single new energy extreme fluctuations. Therefore

when associated extreme fluctuations of load and new energy occur

cascade hydropower stations can provide certain support capacity for the power grid. However

for more extreme reverse fluctuations of load and new energy

it is necessary to resort to energy storage and other means

which provides a decision-making basis for the power grid to defend against such extreme events.

关键词

Keywords

references

PENG L Q ， MAUZERALL D L ， ZHONG Y F ， et al . Heterogeneous effects of battery storage deployment strategies on decarbonization of provincial power systems in China ［J］. Nature Communications ， 2023 ， 14 . DOI： 10.1038/S41467-023-40337-3 http://dx.doi.org/10.1038/S41467-023-40337-3 .

SHEN J J ， WANG Y ， LIN M K ， et al . Quantifying the impact of extreme weather on China’s hydropower-wind-solar renewable energy system ［J］. Nature Water ， 2025 ， 3 ： 415 - 429 .

ZHENG D S ， YAN X Z ， TONG D ， et al . Strategies for climate-resilient global wind and solar power systems ［J］. Nature ， 2025 ， 643 ： 1263 - 1267 .

冉洪伟，任琰琰，吴星烨，等 . 考虑风光不确定性的水库多目标优化调度［J］. 水电能源科学， 2025 ， 43 （ 7 ）： 1 - 6 .

RAN H W ， REN Y Y ， WU X Y ， et al . Multi-objective Optimal Dispatch of Reservoir Considering Uncertainty of Wind and Solar Energy ［J］. Water Resources and Power ， 2025 ， 43 （ 7 ）： 1 - 6 . （in Chinese）

叶林，裴铭，杨建宾，等 . 极端天气下的新能源电力系统电力电量平衡体系［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 4 ）： 2 - 18 .

YE L ， PEI M ， YANG J B ， et al . Power and Energy Balance System of New Energy Power System Under Extreme Weather ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 4 ）： 2 - 18 . （in Chinese）

HE X G ， PAN M ， WEI Z W ， et al . A global drought and flood catalogue from 1950 to 2016 ［J］. Bulletin of the American Meteorological Society ， 2020 ， 101 （ 5 ）： 508 - 533 .

GAO Y ， SHAO L L ， MENG Y Y ， et al . The Temporal and Spatial Distribution of Persistent Low Wind Power Events and Their Relationship with Weather Regimes in Mainland China ［J］. Renewable Energy ， 2025 （ 4 ）. DOI： 10.1016/j.renene.2025.123523 http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2025.123523 .

HUANG X ， PAN G S ， GU W ， et al . Risk analysis and responses of PV output extreme in China's whole county PV program ［J］. Renewable Energy ， 2025 . DOI： 10.1016/j.renene.2025.125079 http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2025.125079 .

钟燕，王军，宋戈，等 . 基于二次重构分解去噪及双向长短时记忆网络的极端天气下超短期电力负荷预测［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 11 ）： 4791 - 4800 .

ZHONG Y ， WANG J ， SONG G ， et al . Ultra-Short-Term Power Load Forecasting Under Extreme Weather Based on Secondary Reconstruction Decomposition Denoising and Bidirectional Long Short-Term Memory Network ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 11 ）： 4791 - 4800 . （in Chinese）

程春田 . 碳中和下的水电角色重塑及其关键问题［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 29 - 36 .

CHENG C T . Reshaping the Role of Hydropower and Its Key Issues Under Carbon Neutrality ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 29 - 36 . （in Chinese）

张俊涛，程春田，于申，等 . 水电支撑新型电力系统灵活性研究进展、挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 10 ）： 3862 - 3884 .

ZHANG J T ， CHENG C T ， YU S ， et al . Research Progress， Challenges and Prospects of Hydropower Supporting Flexibility of New Power System ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 10 ）： 3862 - 3884 . （in Chinese）

康雍喜，赵志鹏，程春田 . 考虑水流滞时的清洁能源基地水电短期灵活性量化方法［J］. 水利学报， 2024 ， 55 （ 12 ）： 1496 - 1507 .

KANG Y X ， ZHAO Z P ， CHENG C T . Quantitative Method for Short-Term Flexibility of Hydropower in Clean Energy Bases Considering Flow Lag ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2024 ， 55 （ 12 ）： 1496 - 1507 . （in Chinese）

王亚华，郑壹飞，李雨通，等 . 多维工况影响下水电多尺度调节能力量化表征方法［J］. 人民长江， 2026 ， 57 （ 5 ）： 245 - 253，263 .

WANG Y H ， ZHENG Y F ， LI Y T ， et al . Quantitative Characterization Method of Hydropower Multi-scale Regulation Capacity Under the Influence of Multi-dimensional Operating Conditions ［J］. Yangtze River ， 2026 ， 57 （ 5 ）： 245 - 253，263 . （in Chinese）

LI M ， WU G ， MA R G ， et al . Evaluation of multi-period coupling regulation capability of hydropower based on an explicit quantification method ［J］. Energy ， 2025 ，329（C）. DOI： 10.1016/j.energy.2025.136737 http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2025.136737 .

陈聪，刘本希，王海东，等 . 应对极端干旱和新能源极端预测误差的水风光中期优化调度研究［J］. 人民珠江， 2025 ， 46 （ 5 ）： 63 - 76 . doi: 10.3969/j.issn.1001-9235.2025.05.007 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-9235.2025.05.007

CHEN C ， LIU B X ， WANG H D ， et al . Mid-term optimal dispatch of hydro-wind-solar system considering extreme drought and extreme forecast errors of new energy ［J］. Pearl River ， 2025 ， 46 （ 5 ）： 63 - 76 . （in Chinese）

李永培，廖思阳，徐箭，等 . 水电调节能力约束下水风光互补系统的新能源打捆容量评估［J/OL］. 电网技术， 2025 ， 1 - 18 ［ 2026-02-02 ］.

LI Y P ， LIAO S Y ， XU J ， et al . Evaluation of New Energy Bundling Capacity of Hydro-Wind-Solar Complementary System Under Hydropower Regulation Capacity Constraints ［J/OL］. Power System Technology ， 2025 ， 1 - 18 ［ 2026-02-02 ］. （in Chinese）

HUANG K D ， LUO P ， LIU P ， et al . Improving complementarity of a hybrid renewable energy system to meet load demand by using hydropower regulation ability ［J］. Energy ， 2022 ， 248 . DOI： 10.1016/j.energy.2022.123535 http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2022.123535 .

吴迪，马黎，蒲小芳，等 . 基于水库调节能力的日内水光互补研究［J］. 水电与抽水蓄能， 2023 ， 9 （ S1 ）： 50 - 57 .

WU D ， MA L ， PU X F ， et al . Research on Intraday Hydro-PV Complementation Based on Reservoir Regulation Capacity ［J］. Hydropower and Pumped Storage ， 2023 ， 9 （ S1 ）： 50 - 57 . （in Chinese）

XU H ， ZHANG J T ， CHENG C T ， et al . A novel metric for evaluating hydro-wind-solar energy complementarity ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 373 . DOI： 10.1016/j.apenergy.2024. 123926 http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123926 .

武新宇，宋宇航，曾博宇，等 . 水风光资源互补与调度互补评价方法研究［J］. 人民珠江， 2025 ， 46 （ 10 ）： 45 - 53 .

WU X Y ， SONG Y H ， ZENG B Y ， et al . Evaluation method for resource complementarity and dispatch complementarity of hydro-wind-solar system ［J］. Pearl River ， 2025 ， 46 （ 10 ）： 45 - 53 . （in Chinese）

徐连琛，金晓辉，练金城，等 . 基于水电调节的多能互补发电系统研究综述［J］. 水电与抽水蓄能， 2021 ， 7 （ 5 ）： 25 - 38 . doi: 10.3969/j.issn.2096-093X.2021.05.005 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2096-093X.2021.05.005

XU L C ， JIN X H ， LIAN J C ， et al . Research Review on Multi-Energy Complementary Power Generation System Based on Hydropower Regulation ［J］. Hydropower and Pumped Storage ， 2021 ， 7 （ 5 ）： 25 - 38 . （in Chinese）

王仕龙，张汉雄，卢嘉琛，等 . 基于梯级水电调节的风 — 光 — 水联合跨区消纳优化调度［J］. 智慧电力， 2025 ， 53 （ 7 ）： 28 - 35 .

WANG S L ， ZHANG H X ， LU J C ， et al . Optimal Dispatch of Cross-Regional Consumption of Wind-Solar-Hydro Joint Power Based on Cascade Hydropower Regulation ［J］. Smart Power ， 2025 ， 53 （ 7 ）： 28 - 35 . （in Chinese）

桂前进，王洋，张二龙，等 . 基于梯级水电调节的水 - 光 - 储多能互补系统优化调度研究［J］. 动力工程学报， 2025 ， 45 （ 10 ）： 1637 - 1647 .

GUI Q J ， WANG Y ， ZHANG E L ， et al . Optimal Dispatch of Hydro-PV-Storage Multi-Energy Complementary System Based on Cascade Hydropower Regulation ［J］. Journal of Chinese Society of Power Engineering ， 2025 ， 45 （ 10 ）： 1637 - 1647 . （in Chinese）

李咸善，杨拯，李飞，等 . 基于梯级水电调节的风光水联盟与区域电网联合运行优化调度策略［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2234 - 2248 .

LI X S ， YANG Z ， LI F ， et al . Optimal Operation Dispatch Strategy of Wind-Solar-Hydro Alliance and Regional Power Grid Based on Cascade Hydropower Regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2234 - 2248 . （in Chinese）

苗谊凡，石庆鑫，霍成芳，等 . 极端天气事件下的高比例新能源电力系统供需风险评估［J/OL］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2025 ， 1 - 18 ［ 2026-02-02 ］.

MIAO Y F ， SHI Q X ， HUO C F ， et al . Supply and Demand Risk Assessment of High-Proportion New Energy Power System Under Extreme Weather Events ［J/OL］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2025 ， 1 - 18 ［ 2026-02-02 ］. （in Chinese）

鲁宗相，林弋莎，乔颖，等 . 极高比例可再生能源电力系统的灵活性供需平衡［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 3 - 16 . doi: 10.7500/AEPS20220224001 http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20220224001

LU Z X ， LIN Y S ， QIAO Y ， et al . Flexibility Supply-Demand Balance of Power System with Extremely High Proportion of Renewable Energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 3 - 16 . （in Chinese）

ZHANG Y ， CHENG C T ， CAO R ， et al . Multivariate probabilistic forecasting and its performance’s impacts on long-term dispatch of hydro-wind hybrid systems ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 283 . DOI： 10.1016/j.apenergy.2020.116243 http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116243 .

ZHANG J T ， CHENG C T ， YU S ， et al . Sharing hydropower flexibility in interconnected power systems： a case study for the China Southern power grid ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 288 . DOI： 10.1016/j.apenergy.2021.116645 http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116645 .

浏览量

384

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

梯级水电站补偿效益分摊方式研究综述

广东省东江干流江心洲监管等级评价系统构建与应用

拉萨河流域土壤湿度记忆性时空特征及冻结深度变化归因分析

非均质裂隙网络含水介质污染物运移与场地污染修复

基于情景模拟的滨海平原河网区复合洪涝淹没特征分析与风险评估