Page 54 - 《中国电力》2026年第4期

2026 年 第 59 卷

题，考虑水风光综合基地的功率平衡、梯级水电 水 电 站 水 力 耦 合 约 束 的 数 学 模 型 见 式 （ 2） ~
运行约束、弃风弃光限制、直流通道容量与潮流 （8），其中：式（2）~（4）为水量平衡约束；
约束、N-1 安全等基础条件，建立频率（最大变 式（5）为水库库容约束；式（6）为出库流量约
化率、最大偏差）和电压（多场站短路比）支撑 束；式（7）为水电站发电容量与该电站水电机
强度安全约束，提出以直流外送功率最大化为目 组发电容量的关系式；式（8）为水电机组发电
标，耦合上述所有约束条件的多维度协同优化评 容量约束。
估模型，实现在严格保障系统频率、电压支撑强 （2）
V i,t = V i,t−1 + Q in,i,t − Q i,t
度需求的直流最大外送能力量化分析。
（3）
Q i,t = Q out,i,t + Q spill,i,t
3）非线性约束的高效处理方法。
直流外送能力评估模型中的最大频率偏差限 Q in,i,t = Q i−1,t−τ +R i,t （4）
制为复杂的非线性约束，传统线性化重构处理方
V i,min ≤V i,t ≤V i,max （5）
法如分段线性化 [23] 、爬坡模型法 [24] 等，普遍存在
解析推导复杂、求解精度不足及计算效率低等问 Q i,t,min ≤Q i,t ≤Q i,t,max （6）
题。而二阶锥约束因其凸优化特性，兼具模型适 N i ∑
Q out,i,t = （7）
应性强、计算复杂度低和求解精度高等优势。本 u i,t,n Q out,i,t,n
n=1
文通过将非线性最大频率偏差约束转化为二阶锥
约束 [25] ，使原问题重构为混合整数二阶锥规划模 u i,t,n Q out,i,n,min ≤Q out,i,t,n ≤u i,t,n Q out,i,n,max （8）
型，从而实现高效稳定求解。 式中：V 为水电站 i 在 t 时段的水库库容；Q 、
t
i, in,i,t
Q 分别为水电站 i 在 t 时段的入库流量（包括自
t
i,
2 水风光综合基地直流外送能力评估模 然来水、上游下泻）和出库流量；Q out,i,t 、Q spill,i,t
型和方法 分别为水电站 i 在 t 时段的发电容量和弃水容量；
τ为水电站 i 上游电站 i–1 的水流时滞； Q i−1,t−τ 为
基于上述研究框架，本文综合考虑流域梯级 考 虑 水 流 时 滞 后 电 站 i–1 在 t −τ时 段 的 流 量 ； R i,t
水电耦合、水风光多能互补、频率和电压支撑需 为电站 i–1 与电站 i 之间在时段 t 的区间流量；V i,min 、
求，构建了频率-电压支撑强度耦合的水风光综合 V i,ma x 分别为水库 i 容量的最小值、最大值；Q i,t,min 、
基地直流外送能力评估模型，目标函数和约束条 Q i,t,ma x 分别为水电站 i 在时段 t 的出库流量最小值、
件如下。 最大值；N 为水电站 i 包含的水电机组总数；u i,t,n
i

2.1 目标函数 为水电站 i 的第 n 台水电机组在时段 t 的启停状态
以水风光综合基地的直流功率外送最大化为 0-1 变量，0 为机组停机，1 为机组启动；Q out,i,t,n
目标函数，决策变量为各运行时段的直流外送功 为 水 电 站 i 的 第 n 台 水 电 机 组 在 时 段 t 的 发 电 容

率，表达式为 量；Q out,i,n,min 、Q out,i,n,ma x 分别为电站 i 的第 n 台水
电机组发电容量的最小值、最大值。
N HVDC
T ∑ ∑
maxF = max P DC,k,t （1）
2）流域梯级水电站有功出力约束。
t=1 k=1
流 域 梯 级 水 电 站 有 功 出 力 约 束 见 式 （ 9） ~
式中：F 为目标函数； P DC,k,t 为第 k 回直流在 t 时
（15），其中：式（9）为水电站出力约束；式
段的外送功率；N HVD C 为直流外送通道回路总数； （10）为水电站出力与该电站水电机组出力的关
T 为研究所考虑的总时段数（如 24 h）。
系式；式（11）为水力、电力耦合关系表达式；
2.2 水风光综合基地直流外送系统的运行模型
式（12）为水电机组出力约束；式（13）为水电
1）流域梯级水电站水力耦合方程与约束。
机组的爬坡约束；式（14）（15）为水电机组的
受水头变化影响，流域梯级水电站水力、电
开停机约束。
力 呈 耦 合 非 线 性 [26] 。 假 设 水 头 恒 定 ， 结 合 文 hydro hydro hydro
P ≤P ≤P （9）
献 [27] 建立线性化流域梯级水电模型。流域梯级 i,t,min i,t i,t,max

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