在“双碳”目标的推动下，光伏和风电作为新型能源装机量快速增长。然而，由于气象因素的影响，光伏和风电具有随机性、波动性和间歇性等出力特征。为减少能源波动并提高新能源上网率，水电在电力系统中的调节作用变得愈加重要。水电不仅能够快速响应电网需求的变化，提供灵活的调节能力，还可通过其储能功能实现电量在不同时段的平衡。因此，合理开发与利用水-光-风资源，对加速实现能源转型与低碳发展目标具有重要意义。黄河上游地区是“十四五”期间国家重点打造的“风光水储一体化”清洁能源基地，水电和风光电规模相当，均已达千万千瓦级，多能互补效益显著。本文聚焦黄河上游地区（包括青海、甘肃、宁夏三省全域以及内蒙古乌兰察布市以西的地区），在区域尺度上开展了多时间尺度的资源互补性分析和风光发电潜力评估，在基地尺度上开展了考虑可逆式机组的多能互补优化调度和电力电量平衡的多能互补优化调度等研究，探讨了黄河上游地区多能互补系统的资源特性规律和优化运行。取得成果如下：　　(1) 基于1979~2018年间的中国气象驱动数据集（CMFD），本研究量化分析了降雨、太阳辐射和风速的时空分布特征。通过定量分析不同时间尺度（季、月、日）和时间分辨率（小时、日）的资源互补性，综合考虑三种相关系数构建了互补系数，评估了两种能源要素之间的互补性。研究结果显示：研究区内降雨和风速的互补系数均为正值，其中三小时分辨率为0.029~0.047，日分辨率为0.038~0.065，表明在不同分辨率下具有稳定的相关性。同时，研究区内辐射和风速的互补系数在三小时分辨率下为正值(0.174~0.220)，而在日分辨率下转为负值(-0.048~-0.100)，这表明在不同分辨率下相关性转变为互补性。　　(2) 在识别水风光资源时空格局的基础上，本研究定量评估了研究区风能和光能在理论、技术、经济和规模化开发方面的潜力，并分析了资源分布的空间格局及开发利用现状。研究结果表明，黄河上游部分区域同时具备光伏与风能资源的显著优势。其中，内蒙古中西部、河西走廊、柴达木盆地和东部高原是上游风光新能源富集区，拥有优质的自然资源，并具有较好的时空互补性，是优良的风光开发选址区。从潜力占比来看，光伏和风能的技术/理论潜力分别为85%和81%，规模化开发/理论潜力分别为70%和58%。现状开发规模占可开发量的21.4%。　　(3) 以龙羊峡-拉西瓦多能系统为例，本研究以发电量和系统稳定性最大化为目标，构建了水-光-风-储多能系统短期互补多目标优化调度模型。模型考虑了多种电源组合与装机规模，包括常规水电扩机、新增可逆式机组、风光装机规模扩大以及可逆式机组扩容等方案，并分析了不同季节和天气条件下的帕累托最优曲线、多能系统打捆外送最优曲线，以及常规水电和可逆式机组的优化调度方式。研究结果表明，随着多能系统稳定性的提升，发电量呈现下降趋势，同时新能源弃电率有所增加。可逆式机组通过利用风光弃电进行抽水和泄水发电，兼具储能和调峰双重功能，而常规水电扩机仅具备调峰作用。随着风光装机规模的持续扩大，需要进一步增加可逆式机组规模，但这也导致水位和流量的波动性加剧，对工程的安全稳定运行带来一定挑战。　　(4) 本研究提出了一种长短期嵌套的源-荷优化框架，通过结合高分辨率再分析气象数据与实测水文资料，实现了对风光出力、水电调节与抽蓄循环的全过程模拟。研究结果表明，在承担30%本地电力需求的情景下，系统在发电量、负荷保障水平与新能源消纳效率之间实现了最优协调。具体而言，在该情景下，系统年发电量在丰水年、平水年和枯水年分别为694.2亿kWh、695.9亿kWh和683.9亿kWh，新能源弃电率控制在2.0%～2.6%之间，失负荷概率维持在7.8%～16.6%之间。同时，火电占比显著降低，抽水蓄能与水电调节资源得到充分释放，实现了新能源与调节资源之间的高度协同。通过进一步对比不同电源的风光电协同能力发现，在30%本地需求比例下，单位kWh火电对风光电消纳量仅为0.03%～0.15%，水电为0.64%～1.07%，而抽水蓄能高达7.12%～7.51%，显著优于其他电源类型，抽水蓄能应作为清洁能源基地的主力储能选项优先部署。