Page 6 - 《中国电力》2026年第4期

2026 年 第 59 卷

性影响下实现高效能源利用和梯级水电站安全经 优化结果的准确性 [25] 。相比之下，多时间尺度优
济运行，具有重要研究意义。 化方法采用逐步细化时间尺度的方式，有效降低
在风电和水电站联合运行过程中，主要有来 了不确定性对调度决策的干扰，弥补了单时间尺
水、风电和负荷需求等不确定因素。目前，针对 度优化方法的局限性。目前的多时间尺度方法的
来水、风电和负荷需求等不确定因素的梯级水电 研究大多采用日前优化与日内 MPC 相结合，以提
站优化调度研究中，文献 [8] 针对负荷频繁变化 高系统应对预测偏差的能力。例如，文献 [26] 通
的 情 况 ， 提 出 了 梯 级 水 电 站 的 动 态 优 化 调 度 方 过在日前调度模型中嵌入 MPC 算法，构建了日内
法，在不同负荷波动条件下均显著增强了水电站 优 化 模 型 ， 有 效 缓 解 了 负 荷 波 动 带 来 的 调 度 误
应对调度风险的能力；文献 [9] 针对电力系统调 差。然而，该多时间尺度调度方法仍存在一定缺
峰的需求，考虑新能源的季节性和波动性，提出 陷：日前优化制定的发电计划与实际运行工况往
一种水-风-光能互补的优化调度方法，能够有效 往存在较大差异，在实际调度过程中将导致较大
提高电力系统的调峰能力；文献 [10] 针对风电等 的功率缺额。
新能源并网导致电力系统能源消纳与供应失衡的 综上，为降低不确定性因素对系统的影响，
问题，提出一种梯级水电站的长期多目标协调优 本文提出一种基于 MPC 的风-水-储联合系统双层
化 调 度 方 法 ， 对 模 型 采 用 多 种 优 化 算 法 进 行 求 优化调度方法。该方法融合了长、短时间尺度优
解，通过改变水电站运行方式提升新能源的消纳 化策略，并充分利用储能的时空调节特性。首先，
水平；文献 [11] 考虑新能源出力的不确定性，提 在模型构建方面，上层采用日前长时间尺度，以
出一种梯级水电与新能源互补的运行调度方法， 系统经济运行成本最优为目标；下层实施日内短
从而降低新能源并网风险。 时间尺度优化，实现计划出力与实际出力的偏差
上述方法通过联合梯级水电站，在一定程度 最小化；其次，采用 MPC 方法对模型进行求解，
上减小不确定性对电网的影响，但随着新能源占 使下层实时滚动，跟踪和修正上层调度计划值，
比的逐步提高和负荷需求的增加，系统不确定性 确保滚动优化策略具有更好的准确性和鲁棒性；
愈发显著，对优化调度方法提出了更高的要求 [12-13] 。 最后，以中国南方地区某梯级水电系统为例进行

作为一种基于系统动态模型、结合滚动时域和实时 仿真分析，验证所提方法的可行性和有效性。

数据反馈的优化控制策略，模型预测控制（model
predictive control， MPC） 因 其 可 在 分 钟 、 小 时 级 1 双层滚动优化调度框架
短时域内持续更新水电站来水、负荷及风电输出
的预测，并动态优化梯级水电出力和水库调度， 为应对风电出力、水库来水和负荷需求的不
已成为当前水电实时调度的主要方法之一 [14-15] 。目 确定性问题，本文基于 MPC 方法提出一种梯级水
前，已有研究将 MPC 方法应用于电力系统优化调 电站的双层滚动优化调度模型，模型结构如图 1
度，主要分为单时间尺度优化控制 [16-18] 和多时间 所示。
尺度优化控制研究 [19-22] 。文献 [23] 考虑来水不确 梯级水电站双层滚动优化模型的上层优化目
定性，为提升仿真结果的准确性，将短时间尺度 标为最小化预测时域内系统运行成本，决策变量
MPC 方法应用至水电站的运行控制；文献 [24] 提 为长时间尺度变量，包括：水电站出力、储能设
出一种长期水电调度模型，并通过采用长时间尺 备出力及储能设备充放电计划等。下层优化目标
度 MPC 方法，降低水库来水的不确定性对系统的 为在遵循上层调度计划的条件下，最小化系统出
影响。单时间尺度 MPC 优化控制方法可分为短时 力偏差，跟踪上层调度指令并减小预测误差对系
间尺度和长时间尺度两类。虽然二者在不确定性 统运行的干扰，决策变量为短时间尺度的水电站
条件下表现出良好的鲁棒特性，但仍存在一些不 出力和设备出力等。上、下层的约束条件一致，
足：对于短时间尺度控制而言，往往需要设置较 皆为水电站约束、风电出力约束和储能约束。
长 的 预 测 时 域 获 取 未 来 信 息 ， 预 测 精 度 难 以 保 本文所构建基于 MPC 的双层滚动优化调度框
证；长时间尺度下，由于预测精度较低，将降低 架如图 2 所示。其中上层为长时间尺度滚动优化

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