为了应对气候变化和能源危机,能源结构转型成为能源系统未来发展中不可逆转的趋势。作为目前较为成熟的新型清洁可再生能源利用形式,风电和光伏近年来得到快速发展,在电力系统的渗透率不断提高,为节能减排发挥了重要作用。由于风、光资源的强随机性、间歇性和波动性,风电和光伏发电过程具有显著的反调峰特性,新能源大规模并网给电力系统的安全稳定运行带来了新挑战。在这一背景下,我国近年来出现了严重的“弃风”、“弃光”问题。本文针对新能源大规模高比例并网背景下的消纳问题,从水电调度运行的角度,研究了考虑新能源消纳的不同时间尺度的水电站群调度运用方法。首先分析了新能源高比例并网环境下水电对新能源消纳的支撑能力;在此基础上,综合考虑水利系统综合利用需求和新能源大规模并网背景下电力系统对水电发电运行的新需求,开展了考虑新能源消纳的省级电力系统和多省互联互济电力系统的短期水火风光多能互补调度研究;最后,面向新能源大规模并网的电力系统,在揭示水电站综合利用关键控制因子对新能源消纳能力的影响机制的基础上,进一步开展了考虑水利-电力系统综合利用需求的水电站群长期调度研究。主要研究内容和成果如下:(1)基于电力系统中不同类型电源的发电特性和新能源消纳原理,揭示了水电站的相关技术参数和综合利用需求等因素对新能源消纳的影响。发现水电站装机容量决定其对新能源消纳最大支撑能力,水电站综合利用任务中的流量阈值限制和时段内发电可用水量限制是影响其发挥容量优势支撑新能源消纳的关键因素,水电站的调蓄能力和运行状态也都会影响水电对新能源消纳的支撑能力。(2)构建了考虑新能源消纳的省级电力系统短期多能互补优化调度模型,并提出考虑新能源消纳的水电站群运行计划制定的“同步调峰”策略求解模型,采用对照模型验证所建模型和所提策略的合理性。将所建模型用于青海电网不同情景下水电站群日前运行计划制定问题中,结果表明,通过多能互补调度,可以充分发挥水电站群的灵活调节能力,为系统消纳新能源后形成的等效负荷调峰,减少水火风光电力系统中的火电站的调峰需求;多情景对比还表明,水电时段内发电可用水量对电网中的新能源消纳能力影响较大,时段内发电可用水量不同,青海电网的新能源消纳量有明显差别。(3)构建了考虑新能源消纳的多省级互联互济电力系统的短期多能互补调度模型,采用所提“同步调峰”策略求解模型,采用对照模型和实际运行结果验证所建模型和所提策略的合理性。将所建模型用于制定青海-甘肃互联电电网的水电站群日前运行计划,结果表明所建模型可充分利用多区域间的调峰资源和电网的传输能力,有效提高系统的新能源消纳能力;黄河上游水电站群用于支撑青海电网自身的新能源消纳时和运用于支撑青海-甘肃互联电网的新能源消纳时的运行方式有明显差别;结果进一步说明了电源结构、新能源出力特性都会影响水电站在多能互补电力系统中的运行方式。(4)构建了考虑新能源消纳的旬尺度多能互补调度模型,设置多种情景研究水库运行状态、水电时段内发电可用水量等综合运用过程与新能源消纳量间的定量关系。以青海和甘肃互联电网为例开展研究,结果表明,在当前新能源装机和负荷水平下,青海-甘肃电网中新能源弃电是不可避免的;电网在不同时期的新能源消纳能力有所不同,汛期和凌汛期消纳能力较强,春灌期和秋浇期较弱。在不同时期水电发电用水量与新能源消纳效果之间的关系并不完全一致,但黄河上游梯级水电的日发电可用水的平均流量在500m3/s-800m3/s时对新能源消纳最有利。调度模型的结果和定性分析的结果是一致的,进一步证明了水电对新能源消纳的促进作用存在一个极大值点,水电站时段发电可用水量过大或过小都不利于新能源消纳。研究还发现新能源理论功率大小、水电时段内发电可用水量、不可调电站出力大小等因素是制约新能源消纳能力的主要因素;电网中火电的运行方式,电网中其他不可调节电源出力大小等因素都会对新能源消纳产生影响。(5)将水电运行关键控制因素与新能源消纳能力的定量关系引入到水电站群长期优化调度模型中,构建了考虑新能源消纳的黄河上游梯级水电站群长期优化调度模型,采用基于个体约束和群体约束的改进方法对模型求解。将所建模型用于以龙羊峡-刘家峡梯级水电站为控制性调蓄工程的黄河上游梯级水电站群长期优化调度中,结果表明,相比传统的以水电站群发电量最大为目标的调度过程,考虑新能源消纳的水库长期优化调度会对水电站群的发电量产生一定的负面影响,水电损失量约为0.59%;但改进模型可有效提高新能源消纳量,最终使清洁能源总发电量提高了 12.1%;结果还表明,考虑新能源消纳需求,龙羊峡水库应预留一定的调蓄库容来承担新能源消纳所需调蓄任务。