随着能源可持续发展战略的不断推进与风电的快速发展,大规模风电并网将成为我国未来电网发展的重要特征。风电出力的随机性和波动性使电力系统的不确定性显著增加,给系统调度运行带来了严峻挑战。同时,我国风电与负荷呈逆向分布特征,且风电富集地区往往缺乏足够的调节电源,严重制约了风电的消纳水平。备用容量是维持电力系统运行安全的重要手段,加强发电与备用的协调优化,提高互联电网区域间的备用共享水平,有利于保障系统运行安全、促进风电跨区消纳。本文围绕风电并网系统的备用优化决策问题开展研究,主要工作如下:(1)研究了风电并网系统的备用需求确定方法。针对传统备用需求确定方法难以协调系统运行安全性和经济性的现状,基于对负荷功率预测偏差、风电出力预测偏差和常规机组随机停运的不确定性建模,分析了系统备用容量与系统可靠性指标之间的量化关系,并通过备用成本和效益分析确定系统的备用容量需求。(2)研究了考虑备用可用性的有功和备用协调调度方法。针对电力系统由于发电与备用协调不足导致的备用可用性问题,构建了带场景约束的安全约束机组组合模型;基于连续贪婪算法,提出了计及备用调用时机组出力调整范围的极限场景生成方法,并利用分解协调技术实现模型求解。算例结果验证了本文方法可以有效解决电力系统备用可用性问题,在不显著增加运行成本的情况下提高系统备用容量调用的可靠性,增强系统对风电及负荷功率随机波动的应对能力。(3)研究了考虑备用可用性的多区域发电与备用联合优化方法。针对多区域互联系统备用协调水平不足的问题,提出了多区域备用共享机制,并基于两阶段鲁棒优化理论构建了考虑备用可用性的多区域发电与备用联合优化模型,最后利用列和约束生成算法(column and constraint generation,C&CG算法)实现模型求解。算例分析结果表明,该方法能充分挖掘各区域发电资源和备用资源的互补优势,优化各区域的备用分配方案,提高系统运行的经济性;通过对区域备用分配方案的备用可用性校核,可以有效降系统弃风、切负荷风险,有利于保障系统运行安全。(4)基于“组件化”思想,提出了调度计划应用软件开发的标准化建模技术,通过优化对象抽象、优化目标通用化设计以及约束条件通用化描述,提高了调度计划模型构建的高效性和灵活性。