随着中国西北地区大型风电场的开发利用,大规模风电自身显著的间歇性、波动性成为降低电网可靠性、影响电能质量的重要因素,也对可再生能源消纳产生了不利的影响。在大规模风电的开发区域,利用储能和水电的调节特性构建互补系统,对促进风电的合理消纳与健康发展具有重要意义。本研究针对风电场并网安全及风电消纳问题进行研究,提出风电场混合储能系统优化配置方法,以及水-风-储互补系统的优化运行调控策略,并将研究成果应用于茶卡风电场和班多、羊曲水电站实例中。论文主要内容和结果如下:（1）开展茶卡风电场出力及运行特性研究。对比了不同时间尺度的茶卡风电场出力水平差异,分析了波动的概率分布规律,研究了影响风电出力的主要因素,得到了风机的风能利用系数随风速的变化关系,验证了风场主风向上存在显著尾流效应,揭示了风电场群效应对风电出力波动的抑制效果,基于K-means算法选择风电出力典型过程并对比了过程特征差异。（2）开展茶卡风电场混合储能优化配置研究。结合大规模风电场并网运行的出力波动要求,提出了自适应风电出力分解方法,实现了满足风电并网电能质量要求下混合储能功率的合理分配。提出了风电场混合储能容量优化配置方法,构建了考虑储能全寿命周期成本和互补保证率的多目标优化模型,通过基于模糊控制的混合储能优化策略改善了功率型储能的荷电状态范围。提供了多组混合储能优化配置方案,实例比较表明:混合储能方案相较于单一储能方案减少了储能频繁的充、放电以及3.8%的成本,实现了满足并网电能质量要求的同时将风电出力波动的次数减少71.25%。最后,探讨了储能技术、储能成本和风电典型情景等因素对混合储能容量配置的影响。（3）开展水-风-储互补系统优化调控研究。结合风电消纳受电力送出通道容量影响的背景,考虑弃风惩罚构建了最大化系统净收益和送出通道利用率的水-风-储多目标互补优化调控模型,提出了分时电价下储能的运行控制策略。分别以班多、羊曲水电站互补系统为例,对比分析了水-风互补、水-风-储互补系统分别在不弃风工况、弃风工况下的优化运行调控。分析结果表明:互补调控方案满足设定的约束条件,可最大程度消纳弃风、改善运行系统收益。最后,对不确定性风电出力、峰谷电价和电力送出通道容量等重要模型输入进行了敏感性分析。